Sviluppo di sorbenti per VOC per applicazioni nei veicoli ibridi = Development of VOCs sorbents for hybrid vehicles applications

Negli ultimi anni, con la crescente consapevolezza riguardo al cambiamento climatico, le istituzioni ed i policy makers dei maggiori Paesi sviluppati hanno fissato obiettivi per una diminuzione delle emissioni di anidride carbonica in atmosfera. Il settore dei trasporti è uno tra quelli più impattanti: in Unione Europea gli autoveicoli per passeggeri ed i veicoli commerciali leggeri rappresentano circa il 19% delle emissioni totali di CO2. Di conseguenza, per cercare di rallentare il cambiamento climatico, verranno posti limiti sempre più stringenti sul quantitativo di CO2 emessa dagli autoveicoli per chilometro percorso. Nell’ultimo decennio i veicoli ibridi hanno visto un aumento delle vendite e questa tendenza è stimata in aumento anche nel prossimo futuro. Sebbene essi siano più performanti in termini di CO2/km, presentano, in determinate condizioni, emissioni maggiori di inquinanti. La fase più critica per il rispetto dei limiti sugli inquinanti è quella che intercorre tra l’accensione del motore ed il raggiungimento della temperatura di attivazione dei sistemi di post-trattamento. Nelle autovetture dove la propulsione deriva soltanto da un motore endotermico, questo lasso di tempo è di circa 120-180 secondi, mentre negli autoveicoli ibridi (Full Hybrid e Plug-in Hybrid) non è possibile identificare uno specifico intervallo di tempo successivamente al quale i sistemi catalitici diventano attivi, in quanto il motore endotermico entra in funzione in modo intermittente. L’obiettivo principale del lavoro di tesi è dunque sviluppare e valutare l’efficacia di materiali sorbenti che possano essere impiegati come trappola per i composti organici volatili emessi dai veicoli ibridi con motore alimentato a benzina. Come materiale sorbente è stata utilizzata una zeolite ZSM-5 commerciale, avente una superficie specifica pari a 425 m2/g e un rapporto molare SiO2/Al2O3 pari a 23:1. Sono stati effettuati scambi ionici in due soluzioni contenenti ioni di rame(II) e ferro(III). Le zeoliti ottenute (Cu_ZSM-5 e Fe_ZSM-5) sono state caratterizzate con le analisi XRD, BET, ICP. Come molecole significative per valutare adsorbimento, desorbimento e ossidazione sono stati utilizzati propilene e toluene in quanto rappresentativi di idrocarburi incombusti, con concentrazioni rispettivamente pari a 450 e 200 ppm . Per ogni zeolite sono state effettuate quattro prove, due per ogni inquinante, una con la presenza di vapore acqueo al 3,3% e una in assenza di esso. All’interno di una fornace elettrica con temperatura programmabile, è stato condotto l’adsorbimento alla temperatura costante di 80 °C, il desorbimento e l’ossidazione invece sono stati valutati a temperatura variabile nel tempo, con una rampa di 5 °C/min, da 80 a 550 °C. L’obiettivo è stato quindi verificare la capacità di adsorbimento rispetto ai VOC (espressa in mmol/g) di Cu_ZSM-5 e Fe_ZSM-5, valutare la temperatura di desorbimento e la percentuale di ossidazione degli inquinanti adsorbiti. Infine, sono state esaminate anche le proprietà catalitiche di Cu_ZSM-5 e Fe_ZSM-5 per i composti inquinanti selezionati; inviando una portata costante di inquinante è stata valutata la selettività a CO2 al variare della temperatura.