Cattura della CO2 attraverso materiali solidi adsorbenti = CO2 capture through adsorbent solid materials

In questo lavoro di tesi magistrale sono state studiate e testate diverse tipologie di materiali solidi porosi che possano essere impiegati come materiali adsorbenti nei processi stazionari di cattura della CO2, fornendo un ottimo aiuto per ridurre le emissioni e contrastare il surriscaldamento globale. I materiali solidi porosi scelti per questo lavoro sono le zeoliti e le idrotalciti. Entrambe queste tipologie di materiali sono caratterizzate da un’ampia area superficiale e da numerosi siti attivi presenti su di essa, che, insieme alla loro particolare struttura, alla dimensione dei canali e delle porosità, donano loro un incredibile capacità di adsorbimento della CO2. I materiali che sono stati impiegati per le prove di adsorbimento sono: la zeolite clinonoptilolite, zeolite naturale molto abbondante in natura e molto economica; le zeoliti NaLTA e CaLTA, due zeoliti sintetiche commerciali di tipologia LTA; la zeolite 13X, una zeolite sintetica commerciale nota per le sue capacità adsorbenti; due idrotalciti sintetiche di tipologia Mg-Al, una commerciale e una sintetizzata dall’Università di Torino. Questi materiali sono stati sottoposti a delle prove di adsorbimento in un reattore al quarzo con una forma ad U, con un letto fisso di 3 cm di altezza e 1 cm di diametro, inserito in un forno. Al fine di effettuare una prova nelle condizioni più simili a quelle presenti in un impianto di separazione stazionario, durante i test è stata flussata nel reattore una corrente di 40 ml/min con una composizione di CO2 al 10% e N2 al 90% in volume. Sono state effettuate diverse prove a differenti temperature, mantenute costanti, e si è osservato che con l’aumento della temperatura tutti i materiali dimostrano una diminuzione della capacità di adsorbimento. Sono stati utilizzati campioni dello stesso materiale con diversa granulometria ed è stato riscontrato che i campioni polverizzati, con granulometria media 0,15 mm hanno ottenuto i risultati migliori in termini di quantità adsorbita. Inoltre, è stato dimostrato che pretrattando i campioni con un pretrattamento termico di attivazione più spinto (400 °C per due ore) si sono ottenute quantità di CO2 adsorbita migliori rispetto alle prove effettuate con un pretrattamento di attivazione a 300 °C per un’ora. Confrontando i risultati ottenuti dai diversi materiali si può osservare che le zeoliti sintetiche 13X, NaLTA, e CaLTA ad una temperatura di 20-25 °C catturano una quantità di CO2 superiore rispetto agli altri campioni, ma risentono notevolmente dell’incremento di temperatura, fino ad ottenere risultati simili agli altri campioni a 150 °C. La clinoptilolite si è dimostrata il materiale che meglio resiste all’incremento di temperatura registrando la maggiore quantità di CO2 adsorbita a 150 °C. Inoltre, questo materiale ha ottenuto una buona quantità adsorbita anche a 20-25 °C, caratteristica che, unita al suo basso costo, lo rende un ottimo materiale da impiegare in processi di rimozione in applicazioni stazionarie. Le idrotalciti hanno dimostrato delle prestazioni meno elevate rispetto alle zeoliti tra i 20 °C e i 150 °C, ma dei test effettuati a 400 °C hanno mostrato la loro efficienza di cattura della CO2 alle temperature più elevate. Infine, sono stati effettuati dei test consecutivi che hanno dimostrato l’ottima capacità di rigenerazione dei materiali studiati, che gli garantisce la possibilità di essere impiegati in applicazioni cicliche di adsorbimento-desorbimento.