Abbattimento di NOx mediante irraggiamento Vacuum Ultra-Violet in reattore in flusso: uno studio preliminare

This study was focused on the photolytic abatement of NOx by Vacuum UV in a flow reactor with the aim to better understand the phenomenon and to evaluate a practical application of this technology in the control of the emission of gaseous pollutants. First of all I investigated the nitrogen monoxide in pure nitrogen direct photolysis with a Xe-excimer lamp with an emission spectrum centered at 172 nm. Note that NO is a one of the most important primary pollutant emitted from combustion processes at high temperature. The dependence of the degradation efficiency and rate with respect to the inlet gas flow and the irradiating power has been studied and the results discussed on the basis of kinetics models able to describe the system. In addition, the experiments were repeated on a system containing alternately oxygen, as source of Ozone, methane, as source of H radicals, and a mixture of both with the aim to simulate conditions more close to the real ones and to investigate the practical application for this technology; the results were partially interpreted in the light of a kinetic model able to describe the system. The experiments were carried out at two different NO concentration: 20 ppm and 1 ppm. In the former condition degradation yields up to 60% for direct photolysis were observed at 1.6 L min¿1 inlet flow and full lamp irradiating power, those yields reached over 95% when 0.35% of oxygen was added in the reaction chamber; in addition a divergence between NO and NOx degradation was observed at low oxygen concentration due to NO2 production and accumulation. The experiments conducted at 1 ppm of NO and at 3.0 L min¿1 inlet flow and 27% lamp irradiating power showed degradation yields for direct photolysis of 40% for NO and 20% for NO2; when oxygen is present equal to or greater than 0.1% these yields exceed 99% for both NO and NO2.

Il presente lavoro ha riguardato lo studio dell'abbattimento di ossidi di azoto mediante irraggiamento Vacuum-UV in un reattore in flusso al fine di comprendere meglio il fenomeno e le sue possibili applicazioni pratiche nell'ambito del controllo delle emissioni. Si è inizialmente studiata la fotolisi diretta del monossido di azoto, tra i principali inquinante primari emessi nei processi di combustione ad alte temperature, in miscela di solo azoto mediante lampada ad eccimeri di Xenon la cui emissione è centrata a 172 nm. In particolare si è posta l'attenzione sulla dipendenza dell'efficienza e velocità di degradazione da fattori quali il flusso in ingresso e la potenza dell'irraggiamento al fine di costruire modelli cinetici in grado di descrivere il fenomeno. Per ottenere informazioni più dettagliate del processo ed avvicinare le condizioni sperimentali a quelle reali, si noti che tra gli scopi dello studio vi è anche l'indagine dell'applicabilità del processo per un effettivo contenimento delle emissioni di NOx, si è studiato il processo in presenza di ossigeno, il quale sotto irraggiamento Vacuum-UV produce ozono, e di un donatore di idrogeno quale metano, in grado di favorire cammini di reazione altrimenti poco probabili (estrazione di idrogeno da parte del radicale nitrato per dare HNO3). I risultati di tali esperimenti sono stati elaborati al fine di ottenere modelli cinetici capaci di descrivere il sistema. Operando a basse concentrazioni di NO (massimo 20 ppm) si sono osservate rese di degradazione pari al 60% per foto-dissociazione diretta ad 1,6 L min¿1 irraggiando con la lampada a piena potenza, tali rese salgono al 95% a partire da una concentrazione in ossigeno di 3500 ppm (0.35%); emerge altresì una iniziale divergenza nella degradazione di NO e di NOx per basse concentrazioni di ossigeno causata da una produzione ed accumulo di NO2. Operando ad 1 ppm di NO, ad un flusso di 3,0 L min¿1, con un irraggiamento ridotto al 27% emerge, dall'indagine dei profili di formazione e scomparsa di NO/NO2, che la degradazione per fotolisi diretta è pari al 40% per NO e al 20% per NO¬2; in presenza di una concentrazioni di ossigeno pari o superiore allo 0.1% tali rese superano il 99% sia per NO, sia per NOx.