• isoterme di adsorbimento
• graphene
• grafene
• Comsol. Adsorption
• Comsol.
• colonna di adsorbimento
• adsorption isotherms
• adsorption column
• Adsorbimento
• microcontaminanti
• microcontaminants
• trattamento acque
• water treatment

L’adsorbimento è un processo largamente utilizzato per la rimozione di contaminanti organici e inorganici, sia da correnti liquide che gassose. Ad oggi il carbone attivo è il mezzo adsorbente maggiormente utilizzato, grazie alla sua economicità, semplicità di produzione, flessibilità e facilità di rigenerazione. Tuttavia, esistono applicazioni in cui il carbone attivo non può essere impiegato con efficacia, principalmente nel campo dei microinquinanti, ovvero inquinanti che presentano limiti dell’ordine delle parti per milione o inferiori in relazione alla pericolosità per l’ambiente e/o per la salute. In queste condizioni possono risultare adeguati materiali adsorbenti a base di grafene. Il grafene, grazie alla sua natura unica di composto bidimensionale e alle particolari proprietà, può essere utilizzato in una molteplicità di applicazioni in moltissimi settori. Le applicazioni in campo ambientale, per la rimozione di contaminanti da correnti liquide o gassose, rappresentano una parte importante delle possibili applicazioni del grafene. L’intenzione di questo studio è quella di caratterizzare un processo di adsorbimento a letto fisso di un materiale adsorbente a base di grafene, con l’obiettivo di ottenere i parametri di progetto necessari allo sviluppo di impianti di abbattimento di contaminanti in fase liquida di sostanze altrimenti difficilmente rimovibili, alle concentrazioni di interesse, con le tecnologie disponibili sul mercato. In particolare, viene analizzato il comportamento di un nanomateriale innovativo (prodotto a base di grafene) per l’adsorbimento di microinquinanti da correnti acquose, ai fini della tutela ambientale o della salute umana. I potenziali utilizzi di questo materiale spaziano in vari settori, dal trattamento delle acque potabili a quello delle acque di piscina, dalla bonifica di siti contaminati, fino al trattamento di scarichi industriali. Al fine di poter sviluppare e ottimizzare la tecnologia del processo di abbattimento di contaminanti in correnti liquide mediante adsorbenti a base di grafene, è richiesta la verifica sperimentale delle prestazioni del prodotto con i diversi contaminanti d’interesse nelle relative condizioni operative, nonché l’individuazione dei parametri di funzionamento che consentano la progettazione su scala industriale di colonne di adsorbimento. I contaminanti oggetto della sperimentazione saranno mercurio e arsenico per il trattamento delle acque potabili e acido cianurico per il trattamento delle acque di piscina. Sulla base dei risultati sperimentali, si procede poi alla progettazione di una colonna di adsorbimento, basandosi sulla modellazione del processo di abbattimento. Più nel dettaglio, si realizza su Comsol Multiphysics un modello analitico del processo di adsorbimento che consenta di calcolare le prestazioni della colonna adsorbente in funzione delle sue caratteristiche, del tipo di contaminante e delle condizioni operative.

Adsorption is a process widely used to remove organic and inorganic contaminants, from both liquid and gaseous streams. Active carbon is the adsorption medium most widely used, due to its affordability, simplicity of production, flexibility and ease of regeneration. However, there are applications in which active carbon cannot be effectively employed, mainly in the removal of microcontaminants, i.e. contaminants that present limits of the order of parts per million or less in relation to risk for environment and/or health. In these conditions graphene-based adsorbent materials can result suitable. Graphene, thanks to its unique nature of bidimensional compound and particular properties, can be used for a multiplicity of applications in a lot of sectors. Applications in the environmental field, to remove contaminants from liquid or gaseous streams, represent a part of the possible graphene’s applications. The intention of this study is to characterize a fixed bed adsorption process of a graphene-based adsorption material, in order to obtain design parameters necessary to develop plants for abatement of contaminants present in liquid streams that are difficult to remove, at concentrations of interest, with technologies available on the market. In particular, the behavior of an innovative nanomaterial (graphene-based product) is studied for adsorption of microcontaminants from aqueous streams, for the purpose of environment or human health protection. Potential applications of this material extend from drinking water to pool water treatments, from decontamination of contaminated sites to industrial discharges treatments. In order to develop and optimize the process technology for abatement of contaminants in liquid streams through graphene-based adsorbent, an experimental verification of the product’s performances is performed in this study with the different contaminants of interest in the relative operating conditions, together with the selection of operating parameters that allow design of adsorption columns on an industrial scale. Contaminants that are subject of the experimentation are mercury and arsenic for drinking water treatment and cyanuric acid for pool water treatment. On the base of experimental results, we proceed to design an adsorption column, based on modelling of abatement process. More in detail, we realize with Comsol Multiphysics an analytical model of the adsorption process that is able to calculate the adsorption column’s performances as a function of its characteristics, type of contaminant and operative conditions.