Risultati dei test di Sono-Photocatalytic-Fenton

Il processo Sono-Photocatalytic-Fenton nasce dall’idea di voler ricercare una sinergia di effetti fra le diverse modalità sperimentate: gli ultrasuoni, la fotocatalisi e la reazione di Fenton. Dai risultati dei test precedenti si è verificato che l’azione congiunta degli ultrasuoni e del processo fotocatalitico mediante TiO2 porta a conversioni del 60%, nettamente migliore rispetto al caso del solo processo fotocatalitico, mentre il processo sono-Photo-Fenton consente di raggiungere una conversione della formaldeide pari al 45% al termine del trattamento. L’applicazione simultanea delle diverse tecniche fa pensare che esista effettivamente una sinergia di effetti, tanto da immaginare che il processo Sono-Photocatalytic-Fenton possa conseguire valori di conversione maggiori rispetto a quelli visti finora. A tal ragione, i successivi test prevedono l’impiego di una membrana sul cui supporto di PAN sono depositati sia la titania P90 che il solfato di ferro. La membrana è inserita nella piastra Petri insieme alla soluzione di formaldeide a 90 ppm, portata a pH di 3.5, e sottoposta all’azione degli ultrasuoni e dei raggi ultravioletti.

6.2.4.1 Risultato del test con US, raggi UV e membrana PAN-TiO2-10% FeSO4

La membrana impiegata per questo test è stata realizzata secondo il procedimento riportato nel paragrafo §5.1.7, considerando una concentrazione del 10% w/w di solfato di ferro in etanolo per effettuare l’electrospraying. Il risultato del test è riportato in Figura 6.11.

Figura 6.11 Andamento nel tempo dell’abbattimento di formaldeide con

l’impiego di ultrasuoni, raggi UV e membrana di PAN-TiO2-10%FeSO4

0 20 40 60 80 100 0 70 140 210 1 0 0 -X % Tempo [min]

US-UV-Membrana PAN-TiO

-10% FeSO

Degradazione sono-fotocatalitica delle formaldeide 99

La conversione di formaldeide che si ottiene al termine del processo è del 99%, pertanto si può affermare che esiste un’effettiva sinergia fra le diverse tecniche combinate. Ciò è legato principalmente a due fattori: dalla ricombinazione dei radicali ossidrili, generati mediante il processo di sono-fotocatalisi, ha origine il perossido d’idrogeno che supporta la reazione di Fenton; inoltre, grazie all’irradiazione di ultrasuoni e raggi UV, si rende possibile la riduzione degli ioni ferrici Fe3+ e quindi il riciclo degli ioni ferrosi Fe2+, con il conseguente aumento dei radicali OH˙ nell’ambiente di reazione.

A questo punto dello studio si vuole capire se esista una concentrazione ottimale di solfato di ferro tale per cui la velocità di abbattimento della formaldeide risulti massima. In questo senso, si effettuano diversi test variando la concentrazione di FeSO4 sulle membrane e successivamente si eseguirà il confronto fra le prestazioni ottenute.

6.2.4.2 Risultato del test con US, raggi UV e membrana PAN-TiO2-5% FeSO4

La membrana utilizzata per questo test è stata realizzata a partire da una soluzione al 5% in peso di solfato di ferro in etanolo, dunque dimezzando la concentrazione rispetto al caso precedente. La concentrazione di biossido di titanio rimane invariata. Il risultato ottenuto dal test è riportato in Figura 6.12.

Figura 6.12 Andamento nel tempo dell’abbattimento di formaldeide con

l’impiego di ultrasuoni, raggi UV e membrana di PAN-TiO2-5%FeSO4

Quando sulla membrana di dimezza la concentrazione di solfato di ferro, la velocità della reazione diminuisce: ciò è legato alla diminuzione degli ioni Fe2+ nell’ambiente di reazione e

0 20 40 60 80 100 0 70 140 210 1 0 0 -X % Tempo [min]

US-UV-Membrana PAN-TiO

-5% FeSO

di conseguenza al calo del numero di radicali OH˙ disponibili per la degradazione del composto organico. La conversione finale di formaldeide è comunque soddisfacente e pari all’89%.

6.2.4.3 Risultato del test con US, raggi UV e membrana PAN-TiO2-15% FeSO4

La membrana impiegata per questo test è stata realizzata considerando una concentrazione del 15% w/w di solfato di ferro in etanolo per effettuare l’electrospraying. Il risultato del test è riportato in Figura 6.13.

Figura 6.13 Andamento nel tempo dell’abbattimento di formaldeide con

l’impiego di ultrasuoni, raggi UV e membrana di PAN-TiO2-15%FeSO4

La velocità di reazione non risulta aumentata ed inoltre la conversione finale raggiunta risulta pari al 79%, inferiore ad entrambi i casi già presentati. Ciò può essere legato alle caratteristiche morfologiche della membrana impiegata o al fatto che esiste una concentrazione critica di ioni Fe2+ oltre la quale l’abbattimento della formaldeide non viene migliorato. Può infatti essere possibile che la maggior quantità di solfato di ferro copra parzialmente il biossido di titanio, limitandone quindi l’attività fotocatalitica. Inoltre, sebbene per sistemi diversi da quelli utilizzati in questo lavoro di tesi, vari autori (Pignatello, J. J. Environ. Sci. Technol. 1992, 26, 944-951; Joseph Delat, Truong Giangle, Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 1811-1818) riportano una parziale attività di inibizione degli ioni solfato sulla catalisi Fenton a causa della riduzione nella velocità di generazione dei radicali OH. Potrebbe quindi essere ragionevole supporre che la maggiore quantità di ioni solfato limiti parzialmente l’attività degradativa della formaldeide.

0 20 40 60 80 100 0 70 140 210 1 0 0 -X % Tempo [min]

US-UV-Membrana PAN-TiO

-15%FeSO

Degradazione sono-fotocatalitica delle formaldeide 101

6.2.4.4 Risultato del test con US, raggi UV e membrana PAN-TiO2-20% FeSO4

La membrana impiegata per questo test è stata realizzata partendo da una concentrazione di FeSO4 in etanolo pari al 20% in peso, quindi raddoppiando la concentrazione rispetto al caso visto nel paragrafo §6.2.4.1. Il risultato ottenuto nel test è illustrato in Figura 6.14.

Figura 6.14 Andamento nel tempo dell’abbattimento di formaldeide con

l’impiego di ultrasuoni, raggi UV e membrana di PAN-TiO2-20%FeSO4

Dal grafico si può notare che, non solo la velocità della reazione non è aumentata rispetto ai casi §6.2.4.2 e §6.2.4.3, ma la conversione totale raggiunta al termine del trattamento risulta inferiore e pari all’85%.

Per confermare quanto ipotizzato è utile normalizzare i dati rispetto alla quantità di FeSO4

presente in ciascuna membrana analizzata nel processo Sono-Photocatalytic-Fenton, verificando se esiste una concentrazione critica di tale catalizzatore al di sopra della quale un aumento degli ioni ferro non influenza positivamente la reazione ma ne provoca un rallentamento. Ciò verrà fatto nel prossimo paragrafo.