Studio del processo di aqueous phase reforming di acidi organici = Study of aqueous phase reforming of organic acids

Per far fronte ai crescenti problemi ambientali e di approvvigionamento legati all’utilizzo di combustibili fossili, negli ultimi anni sono stati messi a punto diversi processi per la produzione e lo sfruttamento di combustibili alternativi. Tra questi, la liquefazione idrotermale (HTL) di biomasse risulta uno dei più diffusi. Oltre al bio-crude, il prodotto di interesse, l’HTL produce anche una fase acquosa contenente composti organici, a causa dei quali non può essere rilasciata in ambiente tal quale. Nel presente lavoro di tesi si è voluto studiare la possibilità di convertire ulteriormente questa acqua di scarto mediante aqueous phase reforming (APR), un processo catalitico durante il quale i composti organici si decompongono in H_2 e CO, che successivamente reagisce con H_2 O per formare CO_2 e H_2 (Water Gas Shift). La letteratura scientifica si concentra sullo studio dell’APR di metanolo, etanolo e glicole etilenico, composti ideali per tale processo. In queste correnti acquose sono però presenti anche altri composti organici, poco studiati, che devono essere smaltiti per non intaccare la sostenibilità del processo. In questo lavoro ci si concentra su due di essi, l’acido acetico e l’acido propionico (acidi carbossilici), per studiarne l’APR. Gli acidi sono stati fatti reagire singolarmente in 75 mL di soluzione acquosa, in un reattore batch., con 0,15 g di catalizzatore (5% Pt/C). A turno, sono stati variati il tempo di reazione (0,1 e 2h), la temperatura (240,255 e 270 ℃) e la quantità iniziale di reagente (13,19 e 26 mmol). La fase liquida è stata analizzata mediante HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) e la fase gassosa mediante GC (Gas Chromatography). Per l’acido acetico, aumentando la temperatura da 240 ℃ a 270 ℃ la conversione, dopo 2 h, è passata dal 24% al 42%. Raddoppiando invece la quantità di acido (da 13 a 26 mmol), dopo 2 h la conversione è passata da 42% a 23%, quasi dimezzandosi. I principali prodotti ottenuti sono stati CO_2 e 〖CH〗_4, in quantità tendenzialmente equimolari. La selettività dei prodotti non ha subito variazioni significative in seguito ai cambiamenti di temperatura o di moli di reagente. Da una prima analisi cinetica è stato osservato un ordine apparente di reazione pari a circa 0,33. Ciò risulta assolutamente in linea con quanto osservato sperimentalmente: il numero di moli che reagisce nell’unità di tempo è costante, e pertanto si osserva una diminuzione della conversione proporzionale all’aumento della quantità di reagente. Successivamente, per poter tenere conto dell’adsorbimento-desorbimento dei reagenti, è stata testata un’espressione cinetica di tipo Langmuir-Hinshelwood e ne sono stati stimati i valori della costante cinetica e di adsorbimento. Da essi, mediante il grafico di Arrhenius, si è stimato che l’energia cinetica è pari a circa 92 kJ/ mol. Per l’acido propionico sono stati trovati risultati analoghi, con differenze nei valori di conversione (30 % nel caso migliore) e nei prodotti osservati ( C_2 H_6 e CO_2, in quantità non equimolari). L’ordine apparente di reazione e l’energia di attivazione, invece, sono molto simili al caso dell’acido acetico (rispettivamente 0,2 e 93 kJ/mol).