Catalizzatori sostenibili per l'abbattimento di composti organici volatili (COV) a bassa temperatura = Sustainable Catalysts for the Low-Temperature Abatement of Volatile Organic Compounds (VOCs)

Il lavoro svolto in questa tesi è stato incentrato sullo sviluppo di catalizzatori per l’abbattimento di CO e VOC a bassa temperatura, per finalità di purificazione dell’aria in ambienti confinati. Da una ricerca di letteratura, sono stati proposti quattro metodi di sintesi, ovvero il metodo idrotermale, SCS, dell’ossalato e redox, per sintetizzare degli ossidi di manganese puri, e poi degli ossidi misti a base rame e manganese, aggiungendo ai già citati metodi di sintesi un precursore del rame. La quantità di rame inserito in struttura è stata mantenuta costante per tutti i metodi di sintesi, pari ad un rapporto tra Cu/(Cu + Mn) uguale al 15% in peso. Lo scopo della tesi era indagare quale tra i metodi di sintesi proposti fosse in grado di ottenere l’ossido misto rame manganese maggiormente attivo per ossidare CO ed etilene, scelti come molecole target. Tutti i campioni sintetizzati sono stati caratterizzati tramite fisisorbimento di azoto a -196 °C, diffrattometria a raggi X, spettroscopia fotoelettronica a raggi X, microscopia elettronica a trasmissione e tecnica EDX, e, infine, analisi in temperatura programmata (TPR e TPD). Successivamente i campioni sono stati testati per valutarne le performance catalitiche . La miscela reagente in questione simulava un ambiente indoor, quindi con una frazione di ossigeno pari al 21 %, una concentrazione di inquinante pari a 100 ppm (CO o etilene) e la restante frazione in azoto. Prima sono stati testati con il monossido di carbonio i campioni senza rame in struttura, definiti “supporti”, ed il campione migliore si è rivelato essere quello sintetizzato con il metodo redox. I campioni dopati sintetizzati con il metodo dell’ossalato (CuMnOx_oxalate) e con il metodo redox (CuMnOx_redox) sono stati in grado di ossidare il monossido di carbonio completamente a temperatura ambiente, mentre il CuMnOx SCS ossidava circa il 60 % di CO a temperatura ambiente, ed il 100% a 50 °C. Per poter discriminare quale tra i primi due potesse essere il più attivo si è utilizzato un altro inquinante, in questo caso l’etilene. Testando i campioni con 100 ppm di etilene, il campione CuMnOx redox si è rivelato il migliore, ossidando completamente l’inquinante a 175°C. Tramite i seguenti test è stato quindi possibile stabilire che il metodo redox fosse il più interessante per la sintesi di ossidi misti attivi per ossidare VOC a bassa temperatura. I risultati catalitici sono in linea con le caratterizzazioni chimico-fisiche. Infatti, il campione CuMnOx redox mostra la più alta quantità di ossigeni superficiali rispetto a quelli di bulk, una distribuzione uniforme dei tre elementi che lo compongono, rilevata tramite EDX, un’area superficiale molto elevata (329 m2/g), il maggior consumo di H2 a bassa temperatura (tra 50 e 200 °C), così come la maggior quantità di ossigeni desorbiti nello stesso intervallo, indice di una maggiore tendenza a fornire ossigeni reattivi a bassa temperatura. Tramite TOS il campione si è mostrato stabile per almeno otto ore, senza perdita di attività. In conclusione, il metodo di sintesi redox modificato con l’aggiunta del precursore del rame riesce a creare il materiale più attivo, rendendolo quindi il più interessante per l’ossidazione a bassa temperatura di VOC senza l’utilizzo di metalli nobili.