Degradazione di fenolo in un reattore al plasma atmosferico: misura ed effetto dell'ozono

Il fenolo e i suoi derivati sono tra i principali composti organici presenti nelle acque reflue di origine industriale a causa del loro impiego diffuso in numerosi settori produttivi. Si tratta tuttavia di composti dannosi per l’ambiente e per la salute umana, tanto che l’agenzia per la protezione dell’ambiente statunitense (EPA) e l’Unione Europea li hanno classificati come inquinanti prioritari. I processi di ossidazione avanzata (AOP) rappresentano una tecnologia efficace per la rimozione di composti organici persistenti che risultano resistenti ai trattamenti convenzionali. Tra questi, il plasma non termico costituisce una soluzione interessante per il trattamento di reflui contenenti inquinanti recalcitranti, come il fenolo, in quanto, grazie alla generazione di elettroni ad alta energia, radiazione UV e specie ossidanti (tra cui ozono e radicale ossidrile), consente la mineralizzazione di composti fenolici senza necessità di catalizzatori e con un impatto ambientale prossimo allo zero qualora l’energia necessaria alla generazione del plasma provenisse da fonti rinnovabili. In questo elaborato è stato analizzato e approfondito in che misura il ricircolo del gas trattato dal plasma, quindi potenzialmente ricco di specie a lunga vita come l’ozono, possa influire positivamente sulla cinetica di degradazione del fenolo in un reattore a scarica corona. Per garantire condizioni sperimentali rappresentative dello scenario reale, sono state usate due matrici: una contenente cloruro di sodio (NaCl 40 g/L) e un'altra contenente cloruro di sodio (NaCl 40 g/L) e bicarbonato di sodio (NaHCO₃, con HCO₃⁻ 1,4 g/L). I risultati ottenuti confermano che il gorgogliamento dell’aria trattata col plasma all’interno del reattore migliora sia la cinetica di degradazione del fenolo sia l’efficienza energetica del processo, in entrambe le matrici indagate. Si conferma inoltre una velocità di degradazione nettamente maggiore nella matrice contenente ione bicarbonato rispetto a quella con solo cloruro, in linea con quanto già osservato in precedenza dal gruppo di ricerca presso cui si è svolto questo studio. L’analisi degli intermedi di reazione ha inoltre evidenziato una lieve tendenza anche di queste specie a degradarsi più rapidamente nel caso di gorgogliamento dell’aria trattata col plasma. Le misure della concentrazione di ozono nel gas trattato hanno mostrato come la reazione diretta tra fenolo e ozono sia trascurabile rispetto ad altri percorsi di degradazione, in particolare rispetto alla reazione con il radicale OH, ma hanno confermato il ruolo dell’ozono come precursore di tale radicale. In particolare, nella matrice contenente ione bicarbonato, in cui il pH è più elevato, la decomposizione dell’ozono in radicale OH gioca un ruolo determinante nel migliorare la cinetica di degradazione del fenolo.