REPORT Prove di abbattimento di NOx in fase gas con campioni
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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 Università degli Studi di Milano – Dip. Chimica Fisica ed Elettrochimica Via Golgi 19- 20133 Milano, Italy Tel 0250314253 [email protected] 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 Università degli Studi di Milano – Dip. Chimica Fisica ed Elettrochimica Via Golgi 19- 20133 Milano, Italy Tel 0250314253 [email protected] 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 Università degli Studi di Milano – Dip. Chimica Fisica ed Elettrochimica Via Golgi 19- 20133 Milano, Italy Tel 0250314253 [email protected]