Potenzialità+del+grafene+super3espanso+per+il+ trattamento+di+acque+contaminate+da+idrocarburi.+ + REPORT&DI&LABORATORIO&E&TEST&SUL&CAMPO&

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1 Potenzialitàdelgrafenesuper3espansoperil trattamentodiacquecontaminatedaidrocarburi. REPORT&DI&LABORATORIO&E&TEST&SUL&CAMPO&

2 POTENZIALITÀDELGRAFENESUPER2ESPANSOPERILTRATTAMENTODIACQUE CONTAMINATEDAIDROCARBURI. S.Masi (1),M.Greco (1),D.Caniani (1),A.Pola (2),V.Giugliano (2),S.Lofiego (3),L.Colangelo (4) (1) EngineeringSchoolAUniversityofBasilicata(PZ), (2) DirectaPlusSpA Lomazzo(CO), (3) HydrolabAFerrandina(MT), (4) Biocartsrl(PZ) Materialiabasedigrafene:lananotecnologiapiùpromettentenelsettoreambientale La nanotecnologia ed I nanomateriali possono essere considerati attualmente la frontiera tecnologica nel campo della tutela ambientale in generale e del trattamento delle acque in particolate.inquestocontestosisegnalanoimaterialiabasegrafenechehannosuscitatounforte interesse per la soluzione di problematiche complesse e costose da affrontare con metodi convenzionali. Ilgrafeneèlaprincipaleunitàelementaredicostituzionedituttiimaterialigrafitici.Éssoèin praticaunostatoaduesoledimensionicompostodaatomidicarbonio organizzati secondouna reteesagonaleregolare(strutturaanidod ape). Lediverseapplicazionitecnologichedeimaterialiabasedigrafenederivanodaalcunesue peculiari caratteristiche, come l alta superficie specifica, l eccezionale conduttività elettrica e la mobilitàelettronica,chenefannoprospettareimpieghiinsvariateapplicazioni. La forma espansa del grafene, derivato dall espansione di fiocchi di grafite, ha attirato un grande interesse per la sua attitudine ad adsorbire idrocarburi di vario peso molecolare da misceleacquoseingrandi quantità e senza l aggiunta di additivi e coadiuvantidireazione. Fig.1& & Strutture& base& del& grafene& Caratteristichedeimaterialiimpiegatinellaricerca Il Grafysorber, grafite superaespansa con densità apparente inferiore a 2.3 g/l, è il primo prodottofruttoditecnologiabrevettatadelladirectaplusspa(gtechnology).l intercalazione chimicadigrafitenaturale,seguitadaespansionetermicainplasmadigasinerti,rappresentala base del processo produttivo progettato per spingere l espansione del grafene ai suoi limiti estremi.questoconcettoèquantificabilepraticamenteinunrapportodiespansionedicirca300 unità,rispettoavalorimedidell ordinedi100ottenibiliattraversometodistandard. La forma espansa ottenuta è una struttura a fisarmonica, con pochi strati di grafene debolmente legato lungo i bordi, ha quindi una bassa densità apparente, che si traduce in una notevole capacità di assorbimento. La natura altamente cristallina garantisce la stabilità termica del materiale fino a 600 C in aria e fornisce un comportamento altamente idrofobico. Queste proprietàpossonoessereutilmentesfruttateperiltrattamentodiariaedacquecontaminateda sostanzeorganicheingeneraleedidrocarburiinparticolare.grafysorber èstatogiàapprovato 1

3 dal Ministero dell'ambiente italiano per applicazioni di rimozione di idrocarburi petroliferi in ambientemarino. Fig.2&Processo&di&produzione&del&Grafysorber & Risultati(dei(test(di(laboratorio( Fig.& 3& Principali& strutture& morfologiche& del&grafysorber Il team di tecnici e ricercatori di Biocart Srl, Hydrolab Srl, e DirectaPlus SpA, coordinato dall Università della Basilicata, ha condotto una serie di campagne sperimentali in diverse condizioni operative al fine di comprendere meglio le caratteristiche del materiale e il suo comportamentointerminidicapacitàdepurativa.sonostatiindagatiinparticolarelepotenzialità del Grafysorber in termini di Adsorbimento massivo e di rimozione di tracce di idrocarburi da acquecontaminate.perledeterminazionièstatoutilizzatogasoliocommerciale(cromatogramma infigura5). Ilmaterialesièdimostratoestremamenteefficace,econcineticheparticolarmenteveloci, nell assorbimento di ampie chiazze di idrocarburo stratificato sull acqua in particolare per le componentiidrocarbonichepiùpesantiepergliolilubrificanti. Lavorando con tempi di contatto inferiori ai 60 secondi il Grafysorber ha fornito prestazionidi80q90partidiinquinanteadsorbitoperunitàdipesodell adsorbenteimpiegato. Incasodiconcentrazionirelativamentebassediidrocarburoinacqua(1.000mg/l),adosaggi di 100/1 (inquinante /Grafysorber ) si sono ottenute rimozioni superiori al 90% dell inquinante (Figura8).Riducendoilrapportodi dosaggio a circa 50/1 si ottiene un incremento ulteriore delle rimozioni. Nei test condotti si è ottenuto un contenuto residuo di idrocarburi inferiore al limite di accettabilità per acque superficiali previsto dalla normative italiana e paria5mg/l.(figura9). Fig.4&Capacità&di&adsorbimento&di&diversi&tipi&di&olio& 2

4 Un test molto interessate ha riguardato il trattamento di rimozione di un inquinante particolarmente pericoloso; l olio diatermico (olio di trasformatore normalmentecontenentepcb) Il test è stato condotto nelle seguenticondizionioperative:! Quantitàdiacqua=0.5litri! Quantitàdiolio=10grammi! Quantità di grafene = 0.5 grammi! Tempodicontatto=2minuti! Agitazionelenta! Filtrazione su TNT 70 grammi/m2 Fig.5&Test&di&assorbimento&di&olio&diatermico& Larimozionedell oliodiatermicoèrisultatasuperioreal99%(rilevatocomeidrocarburo totale).sonoincorsoleanalisisull acquatrattataperlaricercadeipcbresidui. Fig.6&&Chromatogramma&del&gasolio&utilizzato&nei& Fig.7& Chromatogramma& delel& acque& tratatte& con&diversi&rapporti&inquinante&/grafysorber test&di&trattamento Fig.& 8& Abbattimento& degli& idrocarburi& totali& per& Fig.& 9& Riduzione& degli& idrocarburi& totali& per& un& una&contaminazione&iniziale&di&10,000mg/l& rapporto&inquinante&/grafysorber &=&10/1& 3

5 Testincamposuacquecontaminatedaidrocarburi Le acque di un bacino rumeno di circa m3 contaminate da idrocarburi sono state trattate con circa 120 kg di Grafysorber. Le acque del bacino (Fig. 10), provenienti dal polo di raffinerie del Rompetrol Group N.V., avevano un contenuto iniziale di idrocarburi totali di circa 200A300mg/l(3A4gocceperlitrodiacqua)(Fig.11). Fig.11&Evidenza&visiva&dell inqianmento Fig.10&Bacino&contaminato&& Labonificaèstataeffettuataconunimpiantomobileingradoditrattarefinoa16m3/hdi acquacontaminata. Laconcentrazionemassimadiidrocarburirichiestaperloscaricodelleacquetrattatenegli ecosistemi acquatici superficiali in Romania è posta pari a 5 ppm. I dosaggi di Grafysorber necessariperiltrattamentoottimaledell'acquacontaminatasonostatidefinitidaprecedentitest di laboratorio e sono risultati pari a 5 g/m3. Questo dosaggio di materiale adsorbente è stato sufficiente per portare la concentrazione di idrocarburi sotto i limiti richiesti in soli 10 minuti di contatto.laprovasulcampohadimostratol efficaciaelastabilitàdelsistemadibonificapilota testato. Fig.12&&Impianto&di&trattamento&mobile&e&scarico&dell acqua&trattata& 4

6 Fig.13&&Concentrazione&residua&di&idrocarburo&e&portata&di&esercizio&dell impianto&durante&il&primo& giorno&di&sperimentazione& Conclusioniesviluppi I test condotti sul grafene super espanso Grafysorber hanno confermato le notevoli potenzialità di rimozione di idrocarburi da matrici acquose in diverse condizioni operative. L impiego diretto di materiale adsorbente su chiazze d olio (assorbimento massivio) è un operazione fattibile a costi relativamente contenuti, dato il favorevole rapporto di adsorbimentoelafacilitàdirecuperodellafrazioneolioagrafeneformatadaltrattamento.questa infatti risulta stabile fisicamente e scarsamente idrofila e può essere recuperata per semplice microgrigliaturaconpassante0.5a1mm. Iltrattamento,consemplicetecnicadicontattorapido,diacquecontaminateavalorididueA treordinidigrandezzaoltreilimiticonsentitiperleacquesuperficialièparticolarmenteefficace. Si sono raggiunti, sia in test di laboratorio che in applicazioni pilota in campo, concentrazioni stabilmentesottoilimitinormativi(5mg/l)condosaggiinquinante/grafysorber dell ordinedi 40A50. Il Grafysorber può essere impiegato inoltre in dispositivi assorbenti (barriere antiaolio) ottenendo vantaggi in termini di capacità adsorbente e prolungamento del tempo operativo dei dispositivi. A parità di condizioni si è valutato che i pospositivi a base di Grafysorber abbiano prestazionida5a10voltesuperioriaicorrispondentimaterialiabasedipolipropilene. Sono in corso con interessanti prospettive test di trattamento di acque contaminate da microinquinanticriticiqualibtex,pcbetrialimetano. 5

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