Studio dell’adsorbimento di solfati nel contesto delle acque di bioraffineria = Study of sulfate adsorption in the context of biorefinery waters

La crescente diffusione di processi termochimici (HTC/HTL e gassificazione) genera correnti acquose complesse contenenti anioni solforati (in primis SO₄²⁻) che causano incrostazioni, inibizioni biologiche e disattivazione catalitica. Questa tesi studia il pretrattamento per adsorbimento/scambio ionico di solfati su resine Amberlite, con l’obiettivo di valutare aspetti termodinamici (attraverso i modelli di Langmuir e Freundlich) e cinetici (pseudo primo ordine – PFO – e secondo ordine, PSO) in batch, e di descrivere il funzionamento in continuo tramite modelli per letto fisso (Thomas, Bohart–Adams e Yoon-Nelson) per estrarre parametri utili al dimensionamento. Dal punto di vista metodologico, una rassegna critica della letteratura ha guidato la scelta del piano sperimentale. Le prove in batch sono state inizialmente condotte alla concentrazione reale della matrice di riferimento (C₀ = 96 mg L⁻¹ di SO₄²⁻). Lo screening ha confrontato resine anioniche forti (SBA) e deboli (WBA); tra queste, Amberlite IRA-67 (WBA) ha mostrato le prestazioni migliori nelle condizioni considerate, ed è stata selezionata per gli approfondimenti successivi. Nelle prove in continuo sono stati variati, un parametro per volta, la massa di letto, la portata e la concentrazione iniziale, analizzandone l’effetto sulle curve di breakthrough Ct/C0. I risultati evidenziano che, in batch, l’aumento del dosaggio di resina ha anticipato l’equilibrio e accresciuto la rimozione, ma ha ridotto il carico specifico qe (131 mg g⁻¹ per 0,2 mg mL⁻¹); con 10 mg mL⁻¹ di resina in soli 20 minuti si è raggiunta una rimozione di circa il 90%; le cinetiche sono state descritte con maggiore accuratezza dal modello di pseudo secondo ordine. Le isoterme sono risultate coerenti con Langmuir, consentendo la stima di qmax e dell’intensità di adsorbimento. Con l’aggiunta di organici rappresentativi (acido acetico, glicerolo) la rimozione è risultata più elevata con solo solfato (≈54,7%); la co-presenza di acetico e solfato ha dato valori lievemente inferiori (≈51,8%); la matrice con solfato e glicerolo è risultata la meno performante (≈44,5%); questo andamento è stato verosimilmente riconducibile, in prima istanza, alla competizione esercitata dall’anione acetato generato dall’aggiunta di acido acetico (che ha attenuato lievemente la rimozione) e all’incremento della viscosità della fase liquida indotto dal glicerolo (che ha rallentato il trasferimento di materia e ridotto più marcatamente la prestazione), mentre il sistema contenente il solo solfato non è stato soggetto a tali limitazioni. In colonna, i dati hanno seguito in modo soddisfacente il modello di Thomas (R² = 0,96). Nel complesso, i parametri ottenuti hanno permesso di tradurre l’evidenza di laboratorio in criteri di progetto per pretrattamenti selettivi di effluenti ad alto contenuto di solfati; alla luce del buon adattamento, il modello di Thomas è stato ritenuto idoneo a guidare esperimenti successivi mediante uso diretto della sua equazione, senza ripetere l’intera procedura preliminare.