Ottimizzazione dei processi di ossidazione mediante reattivo di Fenton: studio della termodinamica e della cinetica di reazione

Nel trattamento delle acque di scarico industriali, spesso si rende necessario il ricorso a processi di ossidazione chimica al fine di abbattere le sostanze inquinanti presenti trasformandole in prodotti finali non nocivi ovvero in intermedi più facilmente biodegradabili. Gli ossidanti chimici più comunemente utilizzati sono: l’ozono, l’ossigeno, il perossido di idrogeno, il permanganato, lo ione dicromato, il biossido di titanio, il cloro e lo ione ipoclorito. Il potere ossidante di alcune di queste specie può essere fortemente accentuato attraverso la combinazione con la radiazione UV e/o con opportuni metalli; in tali condizioni, infatti, tali composti esplicano la loro azione attraverso un intermedio, il radicale ossidrile, notevolmente instabile ma dotato di uno straordinario potenziale di ossidazione, secondo solo a quello del fluoro: OH° + H+ + e- H2O E0 = + 2.8 V (1) dove E0 è il potenziale redox standard del radicale ossidrile riferito all’elettrodo standard di idrogeno. I potenziali di ossidazione del radicale ossidrile e degli agenti ossidanti citati sono riportati in tabella I. I processi ossidativi basati sulla generazione di intermedi di reazione radicalici sono definiti Processi Ossidativi Avanzati (AOP). A tale categoria appartiene anche un sistema costituito da una miscela di perossido di idrogeno e sali di ferro (II) noto come reattivo di Fenton, dal nome del chimico che per primo ne studiò il meccanismo e le possibili applicazioni. L’obiettivo del presente lavoro è stato verificare le potenzialità ossidative del radicale ossidrile, in un sistema che impiega il perossido di idrogeno, come fonte di radicali OH°, in combinazione con il ferro (II) chiamato “sistema di Fenton”. Il reattivo è stato sperimentato nell’abbattimento di composti del fosforo, sotto forma di miscela equimolare di ipofosfiti e fosfiti. In particolare sono state studiate tre diverse soluzioni, di concentrazione 250, 500 e 750 mg/l in termini di fosforo, al fine di ottimizzare le condizioni operative di reazione del reattivo di Fenton, ponendo come obiettivo la soglia residua di fosforo in forma non totalmente ossidata a fosfato. In particolare, nel CAPITOLO 1 sono state esposte le proprietà generali ed i processi di produzione del perossido di idrogeno; sono state riportate le capacità ossidanti di questo composto ed i suoi impieghi come ossidante chimico nell’industria Nel CAPITOLO 2 è stato introdotto il reattivo di Fenton e sono stati esposti i meccanismi di reazione, le proprietà, le applicazioni industriali, i limiti ed i vantaggi del trattamento di Fenton, ad oggi noti, come da letteratura. Nel CAPITOLO 3 sono state esposte le proprietà generali del fosforo e dei suoi composti, in particolare dei fosfiti e degli ipofosfiti, che costituiscono l’oggetto del processo ossidativo studiato in questa ricerca. Nel CAPITOLO 4 è stato introdotto il metodo di trattamento adottato, le procedure operative e le tecniche analitiche utilizzate. Nel CAPITOLO 5 è stato studiato l’effetto di numerosi parametri sull’ossidazione ed è stato eseguito lo studio cinetico dell’ossidazione anche mediante la determinazione continua del pH e del potenziale di ossidoriduzione. I risultati ottenuti e sintetizzati nel CAPITOLO 6, evidenziano che il reattivo di Fenton, combinando ad una grande efficacia del potere ossidante, semplicità di realizzazione e costi (operativi e di gestione) piuttosto contenuti, risulta uno strumento di significativa applicabilità.