Nell’ambito del Progetto ELCITER, con riferimento al controllo della qualità dell’aria negli ambienti indoor e al trattamento di aria e acqua nel settore terziario e civile, è stata prevista un’attività sperimentale per la verifica dell’applicabilità dei processi fotocatalitici all’abbattimento di inquinanti organici volatili (VOC) tipici degli ambienti domestici od industriali. In tali processi, viene utilizzata radiazione UV per attivare un opportuno catalizzatore e indurre sulla sua superficie reazioni di ossidazione e riduzione che portano alla completa mineralizzazione degli eventuali composti organici adsorbiti su esso. Alcune caratteristiche dei processi fotocatalici, rendono questa tecnologia particolarmente interessante per l’applicazione alla depurazione e sterilizzazione dell’aria in ambienti chiusi, in quanto: gli inquinanti vengono distrutti e non trasferiti ad un’altra fase come, ad esempio, nei processi di adsorbimento e filtrazione; le reazioni avvengono a pressione normale e a temperatura ambiente; non è necessario addizionare al sistema reagenti estranei; i prodotti finali dell’ossidazione catalitica sono innocui (prevalentemente CO 2 ed H 2 O); il metodo consente, oltre all’abbattimento dei VOC, anche la contemporanea disinfezione dell’aria attraverso l’effetto battericida della radiazione UV. L’attività prevedeva inizialmente la realizzazione di un impianto fotocatalitico sperimentale (commessa IMPCLEAN), la verifica delle sue prestazione mediante prove di laboratorio (commessa AIRCLEAN) e infine la sua validazione in condizioni di inquinamento tipico indoor (commessa VALIMP). La seguente relazione è relativa alla seconda fase dell’attività e descrive i risultati delle prove effettuate in laboratorio al fine di effettuare una precisa valutazione delle prestazioni del reattore fotocatalitco in funzione dei diversi parametri di processo e delle condizioni operative di funzionamento. Il reattore fotocatalitico realizzato presso i nostri laboratori è composto da un cilindro in acciaio del volume di circa 23 l all’interno del quale sono disposte 4 lampade di tipo black (emissione a 360 nm) ciascuna da 20 W e della lunghezza di 40 cm. All’interno del reattore è posto il catalizzatore costituito da polveri nanometriche di biossido di titanio (TiO 2 ) supportate su frammenti di quarzo. L’impianto è stato testato ricorrendo a miscele sintetiche con concentrazioni note di etilene e benzene. La misura dell’efficienza del processo è stata effettuata facendo fluire nel reattore la miscela contenente l’inquinante organico e valutando in uscita al reattore, mediante un gas gromatografo e un rivelatore di CO 2 INDIR, la scomparsa del composto organico e la CO 2 prodotta dalla reazione di mineralizzazione. La sperimentazione condotta nell’ambito della commessa IMPCLEAN aveva già fornito alcune indicazioni sulle prestazioni del reattore fotocatalitico. L’attività di questi mesi è stata orientata ad una caratterizzazione più sistematica e completa del processo in funzione dei seguenti parametri: concentrazione degli inquinanti organici (variata nel range 20-1 ppm)

portata di alimentazione della miscela gassosa nel reattore (aumentata da 100 l/h a circa 1 m 3 /h.) umidità (effettuando prove in assenza e presenza di vapori di acqua). presenza contemporanea di diversi tipi di inquinanti (evidenziando eventuali fenomeni di interferenza nella decomposizione di composti di natura diversa). I risultati ottenuti hanno indicato una diversa efficienza di degradazione per etilene e benzene. Si è inoltre verificato che la presenza nella miscela di molecole di acqua in fase vapore condiziona considerevolmente l’efficienza di reazione: esse possono infatti sia promuovere che inibire la reazione di fotoossidazione dipendentemente dal tipo di composto organico presente. Le principali indicazioni fornite dalla sperimentazione sono di seguito riassunte: durante la reazione di fotocatalisi le molecole di VOC sono chemiadsorbite sulla superficie del TiO2. Mentre il benzene presenta una elevata affinità con la superficie del catalizzatore e di conseguenza il suo adsorbimento risulta considerevole, l’etilene risulta più difficilmente chemiadsorbito. gli intermedi di ossidazione del composto primario rimangono adsorbiti sulla superficie del catalizzatore sino al completamento di tutti gli stadi che portano alla loro completa mineralizzazione. Di conseguenza non è mai stata osservata la presenza in fase gassosa di sottoprodotti di decomposizione del benzene o dell’etilene; nel caso dell’etilene, in assenza di umidità, i processi che portano all’abbattimento alla successiva mineralizzazione della molecola presentano efficienze elevate (80-100%) Quando nella miscela gassosa è presente H2O, si verifica una diminuzione dell’efficienza di degradazione. Tale riduzione, osservabile sin dai primi minuti di reazione, è attribuita all’adsorbimento preferenziale delle molecole di acqua sulla superficie del TiO2, che limita di conseguenza il numero di siti attivi disponibili per la fotoossidazione dell’etilene.Tuttavia in presenza di umidità, per basse concentrazioni (1.5 ppm) di inquinante l’efficienza si mantiene sempre superiore al 65%. nel caso del benzene, le prove hanno confermato che in assenza di umidità la reazione fotocatalitica porta alla formazione di intermedi di reazione, che rimangono fortemente adsorbiti e la cui mineralizzazione richiede tempi piuttosto elevati. Per tempi di funzionamento dell’impianto anche brevi, si determina quindi una riduzione dei siti disponibili ad assorbire le nuove molecole di C6H6 e di conseguenza si verifica una riduzione nell’efficienza del processo. La disattivazione del catalizzatore è stata riscontrata anche in condizioni di basse concentrazioni di benzene (5 ppm) ed elevati flussi (800-1000 l/h). L’umidità svolge un ruolo determinante nella reazione di fotoossidazione del C6H6. Prove effettuate con aria cromatografica umidificata hanno mostrato che la presenza di H2O determina un aumento della reazione di mineralizzazione che risulta quasi il doppio di quella misurata in assenza di umidità e soprattutto non si osservano fenomeni di disattivazione del catalizzatore. quando entrambi gli inquinanti sono presenti nella miscela, sia in assenza che in presenza di umidità, è favorita la decomposizione del benzene rispetto a quella dell’etilene. In questo caso il parametro che sembra importante è l’attitudine del composto organico ad essere adsorbito sul catalizzatore: l’etilene, che presenta

una minor affinità con la superficie del TiO 2 rispetto alle molecole di acqua e di benzene, risulta sfavorito nel processo di fotodecomposizione.