REPORT Prove di abbattimento di NOx in fase gas con campioni

Dipartimento di Chimica Fisica ed Elettrochimica
Laboratorio di Processi e Impianti chimici per la Chimica Industriale
Spett.le
GranitiFiandre S.p.A.
Via Radici Nord, 112
42014 Castellarano (RE)
Italia
REPORT
Prove di abbattimento di NOx in fase gas
con campioni
Orosei Active
- prove con impianto in continuo -
Prof.ssa C.L. Bianchi, Dr. Carlo Pirola
Milano, 14 febbraio 2012
Prof. Claudia L. Bianchi
Università degli Studi di Milano – Dip. Chimica Fisica ed Elettrochimica
Via Golgi 19- 20133 Milano, Italy
Tel 0250314253 [email protected]
Introduzione
Sono state commissionate dalla Soc. GranitiFiandre S.p.A. (Castellarano, RE) una serie di
prove per valutare e quantificare l’attività fotocatalitica di alcuni suoi prodotti (piastrelle)
nei riguardi della fotodegradazione di ossidi di azoto presenti nell’aria in reattori che operino
in condizioni di flusso continuo. L’attività è stata svolta dal gruppo della Prof.ssa C.L. Bianchi
nei laboratori del Dipartimento di Chimica Fisica ed Elettrochimica dell’Università degli Studi
di Milano.
Impianto Sperimentale in continuo
L’impianto sperimentale utilizzato nelle prove, raffigurato in Fig.1, è stato costruito secondo
normativa ISO 22197-1: “Fine Ceramics – Test method for air-purification performance of
semiconducting photocatalytic materials. Part 1: Removal of nitric oxide”. Tale impianto
permette l‘analisi dell‘efficienza di un materiale fotocatalitico nella rimozione di uno
specifico inquinante. Esso consiste in una fonte di gas inquinato, un fotoreattore, una
sorgente di luce ultravioletta e un‘apparecchiatura per l‘analisi dell‘inquinante.
Fig 1: Apparato sperimentale
La fornitura di gas garantisce all‘impianto un flusso di aria contenente il contaminante
desiderato a una predeterminata concentrazione, temperatura e umidità.
Il flusso di ciascun gas è controllato tramite l‘uso dei flussimetri massici al fine di ottenere
all’ingresso del fotoreattore le caratteristiche desiderate di portata e di concentrazione
dell’inquinante.
Il fotoreattore presenta un alloggiamento per il campione planare con una larghezza di 50 mm
e una lunghezza di 100 mm e la superficie parallela alla finestra ottica.
Prof. Claudia L. Bianchi
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Via Golgi 19- 20133 Milano, Italy
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Il campione è separato dalla finestra ottica da uno spazio di 5 mm nel quale deve poter fluire
il gas per il test, gas che deve poter passare solo nello spazio compreso tra il campione e tale
finestra. La finestra ottica è stata appositamente costruita in quarzo, materiale che assorbe
una quantità minima di luce nelle lunghezze d’onda del vicino ultravioletto.
Il campione da inserire in questo impianto deve avere dimensioni di 49,5 mm in larghezza e
99,5 mm in lunghezza.
L’illuminazione ambiente è simulata con una lampada posta sopra il reattore che emette
nella zona UV – A con potenza di 20 W/cm2. Gli ossidi d’azoto, immessi tramite una bombola,
in un quantitativo iniziale di 500 ± 10 ppb (0.5 ± 0.01 ppm), vengono monitorati in continuo,
dopo l’accensione della lampada, con uno strumento a chemiluminescenza (Teledyne) in
grado di quantificare esattamente NO, NO2 e la somma di queste due specie definita NOx.
Modalità Operativa
Una volta regolata la fornitura di gas ad una concentrazione di 500 ppb, si pone il campione
nel suo alloggiamento e si chiude il fotoreattore con la finestra in quarzo.
A questo punto si fa fluire il gas per il test in un circuito esterno di bypass al reattore per
verificare la concentrazione di NOx in ingresso. Si inizia quindi a far fluire il gas all’interno del
reattore senza irraggiamento (condizione di buio) per circa due minuti registrando la
concentrazione di NOx. Se il valore degli NOx in uscita è inferiore al 90% della concentrazione
in ingresso si deve continuare a mantenere il sistema al buio fino a quando il valore torna
entro i limiti prestabiliti per permettere un completo adsorbimento fisico del contaminante
sul campione ed evitare fenomeni di adsorbimento successivi che comprometterebbero l’esito
della prova.
Al termine del test, si interrompe l‘irraggiamento e si chiude il flusso di inquinante, lasciando
aperto quello di aria, e misurando, nei successivi trenta minuti, la quantità di NOx
eventualmente desorbita dal campione.
Il campione di piastrella analizzato, Orosei Active Iris Ceramica, da ora in poi denominato
Orosei Active, è stato campionato e ritagliato nelle misure necessarie (come sopra riportato)
da una piastrella originale prelevata in modo casuale da una confezione nuova ed integra in
ogni sua parte.
All’interno di questa sperimentazione, l’efficienza fotocatalitica del campione è stata
misurata utilizzando 5 portate differenti di gas: 32.4, 21, 9, 4.4 l/h, rispettivamente,
lasciando, per ciascuna portata, il campione un’ora (1 h) in flusso continuo di inquinante e
monitorando la relativa conversione.
I valori delle portate del gas all’ingresso del fotoreattore sono stati scelti al fine di mantenere
all’interno del reattore stesso le medesime condizioni fluidodinamiche. Il valore del numero
di Reynolds è stato appositamente calcolato, portata per portata, (vedi valori in Tab.1),
confermando, in tutti i casi, flusso di gas in moto laminare.
Prof. Claudia L. Bianchi
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Dati Ottenuti
Nella tabella seguente (Tab.1) vengono riportati, per ciascuna portata sperimentale, i relativi
numeri di Reynolds calcolati e il valore del tempo di contatto (valore reciproco rispetto alla
velocità spaziale) che permette di valutare il tempo in cui l’inquinante rimane a contatto con
il campione.
Nella colonna finale vengono, infine, riportati i valori di conversione degli NOx.
Portata
Dai dati ottenuti
fotocataliticamente
particolare, la sua
permettendo quindi
NOx da degradare.
Tempo di
contatto
Conversione
NOx
(s)
(%)
(L/h)
Reynolds
number
32.4
20
2.8
74.2
21.0
13
4.3
78.1
9.0
5.7
10.0
82.6
5.4
3.4
16.7
83.7
si può osservare come il campione Orosei Active risulti sempre
attivo nella reazione di degradazione degli NOx in fase gas. In
efficienza risulta migliore diminuendo la portata del gas inquinante,
un maggiore tempo di contatto tra la parte fotoattiva del materiale e gli
Conclusioni
Il campione OROSEI ACTIVE risulta essere attivo nella degradazione fotocatalitica degli ossidi
di azoto presenti nell’aria.
Il Responsabile Scientifico
Prof. Claudia Letizia Bianchi
Prof. Claudia L. Bianchi
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