Produzione e applicazione del biochar per la rimozione di contaminanti come il blu di metilene = Production and application of biochar for the removal of contaminants such as methylene blue

Negli ultimi anni la produzione di coloranti sintetici è incrementata a causa del grande utilizzo nelle industrie, tessili, cartarie, cosmetiche e farmaceutiche, raggiungendo una produzione di 7∙10⁵ tonnellate annue. Questo lavoro di tesi pone studia l’adsorbimento del blu di metilene (BM), mediante l’uso di materiali innovativi e rinnovabili. I materiali adsorbenti studiati sono stati i biochar e gli hydrochar, prodotti da lolla di riso (una biomassa di scarto) successivamente chimicamente attivati con KOH per migliorarne le proprietà chimico-fisiche e di conseguenza la possibile capacità di adsorbimento. Lo scopo principale della tesi è valutare i potenziali incrementi in termini di efficienza di rimozione e capacità di adsorbimento dei materiali attivati chimicamente, rispetto alle performance degli stessi materiali adsorbenti non attivati. Il processo di attivazione è stato eseguito pre-trattando la lolla di riso con KOH in un rapporto 1:1 per 24 ore e successivamente lavate con acqua distillata e riportate a un pH neutro e poi essiccate in stufa a 105 °C per 24 ore. In seguito, il biochar è prodotto attraverso la pirolisi lenta a 600 °C, a 15 °C/min e tempo di residenza di 1 ora, utilizzando come gas sia N2 che CO2, portando alla formazione di due differenti biochar (biochar N2 e biochar CO2). L’hydrochar è stato prodotto invece attraverso una carbonizzazione idrotermale (HTC) della biomassa a 240 °C. Nel seguente lavoro di tesi sono stati valutati alcuni effetti da cui dipende la rimozione del BM: l’attivazione chimica con KOH, il dosaggio di adsorbente, il tempo di contatto e il pH. Gli esperimenti di adsorbimento sono stati condotti in batch a temperatura ambiente con soluzioni di BM di 50 mg/L, utilizzando tre diversi quantitativi di adsorbente (0,25; 0,5 e 1 g/L). Ogni prova è durata 6 ore e il grado di adsorbimento è stato valutato tramite l’uso di uno spettrofotometro. All’aumentare del dosaggio di adsorbente, il grado di rimozione del BM incrementa per via della maggior area specifica e dei siti di adsorbimento disponibili, fino al raggiungimento dell’equilibrio. Durante le prime ore, l’adsorbimento è stato più rapido per via di un alto gradiente di concentrazione per poi diminuire e raggiungere l’equilibrio. Successivamente, è stata effettuata un’analisi dei modelli cinetici e termodinamici, ponendo l’attenzione sulle cinetiche di pseudo-prim’ordine e pseudo-second’ordine, e sulle curve isoterme di adsorbimento di Langmuir e Freundlich per quanto riguarda la termodinamica del sistema. Infine, è stato progettato lo scale up di un adsorbitore batch a singolo stadio sulla base dei dati termodinamici. In conclusione, il confronto tra i materiali adsorbenti attivati e non attivati, ha provato una maggiore capacità di adsorbimento del blu di metilene nel caso degli adsorbenti attivati con KOH, presentando anche una velocità maggiore di adsorbimento. In particolare, nel caso dei biochar l’efficienza di rimozione è incrementata raggiungendo il 100% nel caso del biochar N2 attivato. Inoltre, l’attivazione con il KOH consente un miglioramento dell’efficienza di rimozione del blu di metilene utilizzando dosaggi di adsorbente minori (0,5 e 0,25 g/L). Questo lavoro di tesi ha dimostrato che l’utilizzo di biochar/hydrochar derivanti da biomasse di scarto per la rimozione di inquinanti può rappresentare un’alternativa valida del carbone attivo commerciale utilizzato attualmente.