Ossidazione catalitica di COV e CO su catalizzatori al platino ad alta area superficiale = Catalytic oxidation of VOCs and CO on high surface area platinum catalysts

I composti organici volatili (COV) sono un ampio gruppo di composti chimici e rappresentano un’importante classe di inquinanti atmosferici con caratteristiche differenti tra una sostanza e l’altra. Queste molecole sono emesse da fonti esterne ed interne. L’esposizione all’inquinamento indoor è dominante rispetto a quello outdoor dato che la maggior parte delle persone trascorre il 90% del tempo in ambienti confinati. Una scarsa qualità dell’aria interna dovuta alla presenza di COV, ma anche CO, CO2, NOx, SOx, PM, radon e agenti microbiologici, costituisce un problema prioritario per la salute umana. Per rispettare le sempre più stringenti regolamentazioni sull’emissione di COV sono stati compiuti grandi sforzi per sviluppare efficienti tecniche di abbattimento. Queste si dividono in metodi di cattura, come l’adsorbimento, e metodi di distruzione, come l’ossidazione catalitica. Quest’ultima, a differenza dell’adsorbimento, permette di convertire i COV a CO2 e H2O anziché trasferirli da una fase all’altra. I catalizzatori più usati sono metalli nobili supportati (Pt, Pd) e ossidi metallici (V, Ce, Mn, Cu, Co). I primi, benché costosi, mostrano una maggiore attività catalitica. In questo lavoro di tesi è stata sviluppata una tecnica di sintesi di nanoparticelle di platino aventi dimensioni controllate. Le nanoparticelle sono state depositate su supporti ad elevata area superficiale quali: tre zeoliti ZSM-5 di tipologia MFI con diversi rapporti di silice su allumina (SiO2/Al2O3 = 50, 80, 117) correlati ad una diversa acidità, e una silice mesoporosa SBA-15 avente acidità inferiore rispetto alle zeoliti. Per sintetizzare catalizzatori con lo 0,5% in peso di Pt sono state impiegate due tecniche di deposizione: stirring ed impregnazione per evaporazione del solvente. Da analisi di microscopia elettronica (TEM) si è stimato che le nanoparticelle di Pt hanno una dimensione di circa 3 nm che è mantenuta anche in seguito alla deposizione sul supporto per stirring, mentre la deposizione per impregnazione comporta una maggiore aggregazione di particelle con formazione di cluster di dimensioni maggiori. La minore dispersione dei cluster metallici per questo campione rispetto agli altri è stata confermata anche da misure di chemisorbimento di CO. Le proprietà chimico-fisiche dei catalizzatori sono state caratterizzate con tecniche di fisisorbimento di azoto e di diffrazione di raggi X, i cui risultati mostrano rispettivamente che l’area superficiale e la struttura cristallina dei supporti restano pressoché invariate dopo la deposizione delle nanoparticelle e che quindi le proprietà strutturali delle zeoliti e della silice sono conservate. L’attività catalitica dei catalizzatori è stata studiata per l’ossidazione del CO e dei COV prendendo come molecola esemplificativa l’etilene. Per l’abbattimento catalitico del CO il catalizzatore Pt/SBA-15 è quello con la migliore attività, raggiungendo una conversione completa dell’inquinante a 47 °C grazie alla sua maggior area superficiale. Invece, per l’ossidazione dell’etilene sono migliori i campioni aventi le zeoliti come supporto grazie alla loro maggiore forza acida, confermata anche dall’analisi NH3-TPD. Infine per indagare il ruolo dell’acidità nell’ossidazione dell’etilene sono stati condotti test catalitici in assenza di Pt. I risultati mostrano che le ZSM-5 hanno una T10 di circa 180 °C che è molto maggiore rispetto ai campioni con Pt (40-48 °C) ma decisamente inferiore alla T10 della SBA-15 (350 °C), mentre la T10 del Pt/SBA-15 è 40 °C.