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Progettazione di un sistema di abbattimento VOC mediante fotocatalisi

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Progettazione di un sistema di abbattimento VOC mediante fotocatalisi

Nel rapporto è descritta la progettazione e la realizzazione di un impianto da laboratorio per prove di abbattimento di Composti Organici Volatili (VOC) mediante processo fotocatalitico sostenuto da luce ultravioletta A (UV-A), quale tecnologia di rimozione dei VOC negli effluenti dei processi industriali.
Come fotocatalizzatore è stato utilizzato biossido di titanio nanometrico (TiO2), depositato in forma di film sottile su anelli di vetro pyrex. L’impianto è stato predisposto per effettuare prove preliminari con molecole “modello” di composti organici volatili al fine di valutare le prestazioni del processo fotocatalitico in termini di efficienza di abbattimento e di costo energetico.

Una classe di contaminanti atmosferici soggetta a molta attenzione è quella dei composti organici volatili (VOC), che vengono prodotti e utilizzati in numerose attività industriali. Le tecnologie attuali di abbattimento dei VOC in ambito industriale si basano su tecniche che consentono o di separare ed isolare i composti indesiderati (processi di adsorbimento, assorbimento, condensazione) o di eliminare gli inquinanti tramite loro ossidazione (processi biologici, termici, catalitici). Attualmente, i processi più utilizzati in ambito industriale per l’eliminazione dei VOC sono quelli di combustione catalitica, che richiedono però alte temperature e quindi notevoli costi di esercizio. Un’interessante soluzione alternativa è costituita dall’ossidazione fotocatalitica che consente alte efficienze di abbattimento, ma a temperatura ambiente e con la formazione di prodotti finali innocui (CO2 e H2O).

Per investigare sull’efficiente applicabilità della fotocatalisi al trattamento di effluenti gassosi con costi energetici significativamente inferiori rispetto alle tecnologie convenzionali, nel periodo di riferimento è stato approntato presso i laboratori RSE un impianto per l’abbattimento di inquinanti organici mediante processo fotocatalitico. Il suddetto impianto comprende una sezione di alimentazione, un reattore fotocatalitico e una sezione d’analisi. La sezione di alimentazione è costituita da un sistema di valvole (azionando opportunamente le quali è possibile alimentare il reattore per effettuare le misure di efficienza di conversione o by-passarlo per effettuare la taratura delle miscele), da una pompa a membrana e da flussometri rispettivamente per l’immissione e la regolazione dei gas (miscele di VOC, aria, azoto e miscele di taratura). Il reattore è costituito da un cilindro in acciaio del volume di circa 23 l all’interno del quale sono disposte 5 lampade di Wood (dette anche a luce nera) da 15 W (emissione a 360 nm).

La metodologia di preparazione del fotocatalizzatore è stata anch’essa messa a punto nel periodo di riferimento, depositando polveri nanometriche di biossido di titanio (TiO2) su un supporto costituito da cilindri cavi di vetro pyrex (6×6 mm). Infine, la sezione di analisi è costituita da un analizzatore in continuo per la misura quantitativa della CO2 prodotta nella reazione di mineralizzazione fotocatalitica, e da un micro-gascromatografo per monitorare la concentrazione dei VOC. Nella prossima annualità, l’impianto sarà testato ricorrendo a miscele sintetiche con concentrazioni di variabili di VOC in modo da valutarne le cinetiche di rimozione ed evidenziare l’eventuale formazione di sottoprodotti di reazione. In particolare, operando con l’impianto in singolo passo verranno utilizzate miscele di aria secca contenenti benzene.

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