Studio di reattività e quantificazione di radicali liberi applicata ai trattamenti di acque = Study of reactivity and quantification of free radicals applied to water treatments

La degradazione di inquinanti persistenti e recalcitranti è diventata sempre di più una sfida complicata per gli impianti di depurazione convenzionali che utilizzano chemicals come agenti ossidanti. Da un lato queste molecole sono sempre più resistenti all'attacco di agenti chimici, e dall'altro anche la degradazione microbiologia è inefficace oppure viene limitata da gli inquinanti stessi se si parla, ad esempio, di antibiotici o altri farmaci. La bassissima concentrazione ne impedisce una corretta eliminazione, e questo porta inevitabilmente ad un accumulo nei corpi idrici provocando danni consistenti, a volte non ancora del tutto compresi, a fauna e flora, soprattutto per quanto riguarda l'esposizione a sostanze stupefacenti e farmaci di nuova generazione. Come soluzione a questo problema sono stati proposti processi di ossidazione avanzata (AOPs) e di elettro-ossidazione avanzata (EAOPs) che hanno alla base del loro funzionamento quello di produrre delle specie molto reattive, i radicali ossidrilici, in grado di andare a reagire e ossidare tutte le molecole più persistenti e non solo. In particolare, in questo lavoro di tesi, si è andata a studiare la reattività dei radicali prodotti da elettrodi di Pt su Ti con un meccanismo di elettro-ossidazione anodica, andando a quantificare il numero di radicali generati durante il processo, a determinare la cinetica di degradazione con le molecole target scelte ovvero il fenolo e l'acido salicilico, andando a determinare la composizione qualitativa dei composti generati da questo tipo di ossidazione e infine andando a proporre un dimensionamento di un possibile reattore industriale calcolando i relativi costi energetici. In particolare per la determinazione del numero di radicali e lo studio cinetico si è andato a utilizzare l'acido salicilico come scavenger e successivamente è stato analizzato allo spettrofotometro UV, permettendo di mettere a punto una tecnica di quantificazione semplice e soprattutto rapida. Questi dati sono poi stati confrontati con quelli presenti in letteratura per altre tecniche AOPs. Il fenolo è stato utilizzato in secondo luogo come molecola target da eliminare, è si è andato a valutare un possibile meccanismo di degradazione in modo da spiegare la formazione di composti intermedi frutto di ossidazione parziale dell'anello benzenico. In ultima analisi si è andato a fare lo scale-up di un possibile reattore elettrochimico sfruttando il vantaggio della modularità della cella utilizzata, andando a valutare un numero di moduli adeguato a trattare una portata di acqua contenente una frazione di fenolo con l'obiettivo di degradare l'anello benzenico. Sono stati valutati i costi energetici di questa operazione e confrontati con altre tecniche AOPs oggi già utilizzate come il processo Fenton, l’ozonazione e l’UV.