I composti organici volatili (VOC) rappresentano, per la loro presenza diffusa nelle emissioni dell’industria di processo e per la loro riconosciuta tossicità, una significativa fonte di rischio per la salute. Per migliorare la sicurezza e tutelare la salute nell’ambiente di lavoro, la normativa Europea ha fissato dei limiti per quanto riguarda l’emissione di questi composti in atmosfera. 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), ma che risultano particolarmente energivore.

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, nel precedente piano triennale 2019-2021 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 fotocatalizzatore impiegato è stato sintetizzato in RSE ed è costituito da biossido di titanio (TiO2) nanometrico ancorato su un supporto costituito da cilindri cavi di vetro pyrex (6×6 mm) la cui fotoattivazione richiede l’irraggiamento con luce ultravioletta. Per tale ragione, il reattore è stato concepito come 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).

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. Sempre nel precedente PT, l’impianto è stato utilizzato nel trattamento di 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, sono state impiegate miscele di benzene (20 e 10 ppmv) in azoto a cui è stato addizionato il 3% (v/v) di ossigeno.

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. Al fine di incrementare l’efficienza di abbattimento del processo fotocatalitico per la rimozione dei VOC da emissioni industriali, nel periodo di riferimento si è indagata la possibilità di aumentarne le prestazioni ampliando anche nel visibile, oltre che nell’UV-A, lo spettro di radiazione luminosa assorbita dai fotocatalizzatori.

A tal fine sono stati sintetizzati e caratterizzati diversi materiali semiconduttori da impiegare come fotocatalizzatori. Per poter stimare e mettere a confronto le prestazioni dei nuovi materiali, è stato anche messo a punto un test di screening per determinare in tempi brevi l’efficienza nell’abbattimento fotocatalitico dei VOC di un ampio numero di composti, in condizioni di irraggiamento sia con luce ultravioletta (UV-A) che visibile. Tutti i materiali indagati hanno evidenziato una comparabile e limitata attività fotocatalitica sotto irraggiamento con luce visibile e purtroppo nessuno di essi mostra prestazioni superiori a quelle del TiO2 utilizzato per la preparazione del fotocatalizzatore supportato nel precedente PT.