Degradazione elettro-Fenton con uso di ferro zero-valente: ottimizzazione dei parametri per la rimozione dell’ibuprofene

I processi Fenton basati sulla reazione tra Fe2+ e H2O2 sono stati ampiamente studiati ed applicati per via dell’elevata efficienza di rimozione mostrata, delle miti condizioni di lavoro e del loro semplice funzionamento. Tuttavia, il perossido di idrogeno addizionato all’effluente in modo da innescare la produzione di radicali ossidrile è responsabile di una serie di problematiche legate ai potenziali rischi di trasporto e di stoccaggio. Pertanto, i processi Fenton-like con produzione in situ di perossido di idrogeno hanno ricevuto negli ultimi anni un’attenzione crescente. In questo ambito, la tecnica più popolare al giorno d’oggi è sicuramente il processo elettro-Fenton in cui il perossido di idrogeno è generato nel comparto catodico di una cella elettrolitica per riduzione dell’ossigeno, mentre un catalizzatore a base di ferro (Fe2+, Fe3+ o Fe0) è addizionato all’effluente. In questo lavoro di tesi è stata studiata la rimozione di inquinanti persistenti come la cefazolina e l’ibuprofene attraverso il processo elettro-Fenton catalizzato da ZVI (ZVI – Zero Valent Iron), applicato in diverse condizioni operative. L’H2O2 è stata prodotta elettro-chimicamente in condizioni prevalentemente galvanostatiche, utilizzando una densità di corrente relativamente bassa (0,5 mA cm2). La degradazione dell’ibuprofene è possibile nell'intervallo di pH 2-6 in condizioni di laboratorio, tuttavia il funzionamento ai valori di pH più elevati richiede un carico ZVI più alto. Il lavoro si è concentrato prevalentemente sull’ottimizzazione della degradazione a pH 5 e 6, studiando prima di tutto il comportamento del sistema in presenza di diverse tipologie di sistemi tampone (CO2, citrato e fosfato), introdotti per mantenere costante il valore di pH. Individuato il sistema migliore, è stata messa in luce l’importanza di non trattare i reagenti di Fenton in maniera indipendente bensì sulla base del rapporto [Fe2+] / [H2O2]. A tal proposito è stato possibile lavorare sia sul carico di catalizzatore utilizzato sia, data la semplice manipolazione di potenziali e correnti che possono essere generati, sulla velocità di produzione dell’H2O2 in soluzione. Parallelamente alla degradazione dei substrati è stata anche indagata l’efficienza faradica di produzione dell’H2O2 in funzione del pH. I risultati mostrano come l’indagine delle performance del processo ZVI-elettro-Fenton a valori di pH relativamente elevati (pH > 4) risulti non solo necessario ai fini di una reale ed efficace applicazione ma, in determinate condizioni, anche favorevole dal punto di vista energetico. È interessante notare come la capacità del processo elettro-Fenton eterogeneo di degradare inquinanti come l’ibuprofene potrebbe aprire la strada per applicare questa tecnica ad altri inquinanti nonché a miscele di inquinanti.