Nella fotolisi ultravioletta del paracetamolo in un reattore a flusso continuo stampato in 3D , lo studente di tesi John Goetze non sta solo esplorando i benefici dell’urina come fertilizzante ma anche sperimentando dispositivi di stampa 3D che potrebbero essere utilizzati sul campo per individuare la degradazione di sostanze chimiche come i prodotti farmaceutici che sono dannosi per l’agricoltura. Mentre molti consumatori possono essere diffidenti nei confronti del loro potenziale approvvigionamento alimentare che viene spruzzato con una scorta di urina proveniente dal pubblico, ancora peggio starebbe ingerendo le sorprendenti quantità di farmaci non metabolizzati. La degradazione dei farmaci residui potrebbe tuttavia rendere possibile l’uso di urina.
Gli agricoltori si affidano a fertilizzanti ricchi di azoto, fosforo e potassio (NPK) per favorire la crescita di piante sane. L’urina umana contiene tutti questi nutrienti e in particolare il fosforo. Goetze spiega che numerosi studi hanno dimostrato che mentre il fosforo è necessario per molte diverse applicazioni, si prevede che si esaurirà in meno di 50 anni.
“Il fosforo è il più importante di NPK quando si considera l’urina per il suo valore di fertilizzante. La separazione delle fonti di urina massimizza il suo valore per il fertilizzante. Ottenere il fosforo dalle acque reflue è più difficile, in quanto è diluito e possibilmente contaminato con altri materiali ausiliari di quelli nelle urine. La diffusa separazione delle fonti nei paesi sviluppati richiederebbe l’ammodernamento delle attuali strutture igienico-sanitarie “, afferma Goetze.
I prodotti farmaceutici presentano tuttavia un problema, ponendo un “rischio ecotossicologico”, principalmente da FANS, antibiotici e carbamazepina. E mentre gran parte dei benefici dei farmaci prescritti (o non) vengono metabolizzati, possono ancora essere lasciate passare grandi porzioni attraverso l’urina.
La concentrazione di farmaci selezionati nella popolazione generale di origine di urina e concentrazioni di farmaci in lattuga e terreno dopo l’urina è stata aggiunta a lotti di terreno.
Per gli scopi di questo studio, Goetze ha usato il paracetamolo, che è anche comunemente indicato come paracetamolo. L’autore ha utilizzato questo antidolorifico da banco per i seguenti motivi:
Misurato costantemente nelle acque reflue
Facile da ottenere
Può essere misurato con spettroscopia UV
Assorbe la luce UV
Per questa ricerca, l’autore ha usato capsule capelluto acetaminofene Kroger 500 mg. Sono stati frantumati e mescolati con acqua deionizzata, quindi mescolati e riscaldati, fino a quando la soluzione non è stata sufficientemente diluita per l’analisi. Le concentrazioni di acetaminofene acquose sono state scelte a 2,5 ppm, con la considerazione che la ricerca precedente mostra l’urina da eventi pubblici che misurano 0,5 ppm.
Goetz 3D ha stampato la maggior parte delle parti (nove, in totale) per il reattore a flusso continuo, progettandole in SOLIDWORKS e quindi utilizzando una stampante FDM MakerBot Replicator 2 con PLA.
“Le prove hanno dimostrato che più acetaminofene è degradato in quanto il tempo di permanenza e l’intensità della luce aumentano. Le prestazioni del reattore a flusso continuo sono paragonabili ai modelli idealizzati MFR e PFR rispetto al tempo di residenza. I dati corrispondono più strettamente ai modelli del reattore ideale al diminuire dell’intensità luminosa. Le costanti di velocità pseudo-primo ordine (k ‘) sono state determinate utilizzando il migliore adattamento di modelli MFR e PFR ai dati ad ogni intensità separata. Le costanti di velocità sono aumentate linearmente con l’intensità della luce “, ha concluso l’autore.
Fino all’80% del paracetamolo è stato degradato nelle condizioni sperimentali del reattore a flusso continuo. Ciò dimostra che i livelli del farmaco possono essere significativamente ridotti tramite la fotolisi UV. Il design del reattore può essere facilmente ridimensionato, poiché i componenti specializzati possono essere prodotti rapidamente con la stampa 3D. Le sorgenti luminose artificiali che producono un’intensa lunghezza d’onda di 254 nm sono comunemente disponibili sul mercato dei consumatori. La mancanza di catalizzatori e ossidanti riduce i costi ed elimina alcune barriere di accesso ai materiali. Il reattore, la luce artificiale e l’apparato della pompa possono essere applicati rapidamente ed economicamente in ambienti di laboratorio o industriali. I dati di fotolisi di questo studio possono informare la progettazione di applicazioni future. “
