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Sperimentazione in condizioni simulanti quelle reali di un sistema di abbattimento VOC mediante fotocatalisi

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Sperimentazione in condizioni simulanti quelle reali di un sistema di abbattimento VOC mediante fotocatalisi

Nel rapporto sono descritte le prove di abbattimento di composti organici volatili (VOC) mediante processo fotocatalitico sostenuto da luce ultravioletta A (UV-A) eseguite su un impianto sperimentale da laboratorio progettato e realizzato ad hoc. Come fotocatalizzatore è stato utilizzato biossido di titanio nanometrico (TiO2), depositato in forma di film sottile su anelli di vetro pyrex mentre, al fine di valutare le prestazioni del processo fotocatalitico in termini di efficienza di abbattimento e di consumo energetico, come molecola modello di inquinante è stato adoperato il benzene.

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 in questo caso 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, nella precedente annualità è stato approntato presso i laboratori RSE un impianto per l’abbattimento di inquinanti organici mediante processo fotocatalitico. Il suddetto impianto è stato realizzato in modo che possa operare a singolo passo, così da valutare la sua efficienza nel trattare elevati volumi di correnti gassose. 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). Come catalizzatore è stato impiegato biossido di titanio (TiO2) nanometrico, ancorato su un supporto costituito da cilindri cavi di vetro pyrex (6×6 mm), la cui procedura di preparazione è stata messa a punto nella precedente annualità. Per l’analisi della composizione della corrente gassosa in ingresso e uscita dal reattore fotocatalitico, l’impianto è dotato di un micro-gascromatografo per monitorare la concentrazione dei VOC e di un analizzatore in continuo per la misura quantitativa della CO2 prodotta dalla reazione di mineralizzazione fotocatalitica dei VOC stessi.
Nel periodo di riferimento, l’impianto è stato testato ricorrendo a miscele sintetiche con concentrazioni di VOC variabili e differenti tempi di contatto, in modo da valutare le cinetiche di rimozione ed evidenziare l’eventuale formazione di sottoprodotti di reazione. In particolare, operando con l’impianto in singolo passo sono state impiegate miscele di benzene (20 e 10 ppmv) in azoto a cui è stato addizionato il 3% (v/v) di ossigeno. La portata di alimentazione al reattore è stata imposta pari a 300 Nl/h o 150 Nl/h, corrispondenti ad una velocità spaziale GHSV (Gas Hourly Space Velocity) di 15 h-1 e 7,5 h-1 ed a tempi di contatto sul catalizzatore di 240s e 480s, rispettivamente. Operando con una portata di 300 Nl/h sono state ottenute efficienze di abbattimento del 35,5% e 22,0%, con concentrazioni di benzene rispettivamente di 10 e 20 ppm, mentre operando con una portata di 150 Nl/h l’efficienza di abbattimento incrementa al 62,5% e 36,5%, sempre per concentrazioni di benzene pari a 10 e 20 ppm, rispettivamente.
È importante evidenziare che, a causa di un improvviso guasto del micro-gascromatografo, durante le prove effettuate non è stato possibile monitore la concentrazione del benzene (C6H6) in uscita dal reattore fotocatalitico. Pertanto, l’efficienza di abbattimento è stata determinata sulla base dell’analisi della CO2 sviluppata dalla reazione di completa mineralizzazione del C6H6 e quindi potrebbe essere stata sottostimata non potendo tener conto del benzene adsorbito sul fotocatalizzatore.

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