Caratterizzazione e ossidazione di prodotti derivati dal petrolio

Oil-derived compounds are complex mixtures of hydrocarbons and are still widely used today. Operations such as production, transportation, and storage of these products can lead to environmental spills. Therefore, it is important to identify unknown products, which are also toxic due to the presence of substances like the BTEX group (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) and MTBE (methyl-tert-butyl-ether). Moreover, the development of techniques that are able to oxidize these compounds is crucial for environmental remediation. In this thesis, commercial products (diesel and gasoline) have been characterized using comprehensive two-dimensional gas chromatography, a technique with better separation capacity than one-dimensional gas chromatography. The initial focus was on the distribution of compound groups in the two-dimensional chromatograms, followed by an examination of specific regions of the chromatograms (notably those of n-alkanes, aromatics, and alkyl cyclohexanes) to provide useful information about the type of product. A pixel-based analysis method was employed, treating the chromatogram as a set of pixels, each distinguished by intensity and two retention times, to highlight similarities and differences between the samples. Additionally, pure samples were characterized using fluorescence spectroscopy in front-face mode, obtaining excitation-emission matrices (EEM). Finally, oxidation tests were conducted on an aqueous phase enriched with diesel hydrocarbons, using persulfate activated by zero-valent iron. The aqueous phase was prepared by mixing deionized water with diesel using a rotating stirrer, followed by separation with a separating funnel. While the sulfate radical is an efficient oxidant, real-world applications must account for the greater complexity of environmental systems compared to laboratory conditions.

I prodotti derivati dal petrolio sono delle miscele complesse di idrocarburi e ancora oggi continuano ad essere utilizzati in grandi quantità. Operazioni come la produzione, il trasporto e lo stoccaggio di questi prodotti possono portare a rilasci nell’ambiente ed è quindi importante riuscire ad identificare un prodotto incognito. Data la tossicità di questi prodotti legata alla presenza di alcune sostanze come il gruppo dei BTEX (benzene, toluene, etilbenzene e xilene) o additivi ossigenati come l’MTBE (metil-tert-butil-etere) è anche fondamentale studiare delle tecniche in grado di ossidare questi prodotti per bonificare l’ambiente. In questo lavoro di tesi sono stati analizzati campioni commerciali di benzine e diesel e campioni reali incogniti mediante gascromatografia bidimensionale, la quale presenta una capacità separativa migliore rispetto alla gascromatografia monodimensionale. L’attenzione è stata posta dapprima sulla distribuzione delle classi di composti nei cromatogrammi e, successivamente, su alcune porzioni specifiche dei cromatogrammi (quella dei normal alcani, degli aromatici e degli alchil cicloesani) che possono fornire informazioni utili sul tipo di prodotto in esame. È stato anche applicato un metodo di analisi pixel-based (un approccio che considera il cromatogramma come un insieme di pixel, ciascuno caratterizzato da un’intensità e dai due tempi di ritenzione) per evidenziare somiglianze e differenze tra campioni. I campioni sono stati analizzati anche con la tecnica della fluorescenza, registrando delle matrici di eccitazione-emissione di campioni puri in modalità front-face. Infine sono state eseguite delle prove di ossidazione, promossa dal persolfato attivato da ferro zero-valente, di una soluzione acquosa ricca di idrocarburi associati al diesel, ottenuta miscelando diesel ad acqua in agitatore rotante e separando la fase acquosa con imbuto separatore: il radicale solfato generato è un ossidante efficace, nonostante si debba tener conto del fatto che un’applicazione in campo reale comporta delle difficoltà legate alla maggior complessità del sistema.