ETD

• fotocatalisi
• intensificazione
• modellazione

Heterogeneous photocatalysis represents a potential strategy for the treatment of organic contaminants and materials that are difficult to degrade, although process performance also depends on irradiation, mass transfer, and reactor configuration. This work investigated TiO₂-based photocatalytic systems applied to two different cases: Congo Red, used as a model soluble contaminant, and PVC, considered as a solid polymeric substrate.
For Congo Red, photolysis and photocatalysis tests were compared at different initial concentrations, distinguishing the dark adsorption stage from the subsequent irradiation stage. The results were described using an apparent Langmuir–Hinshelwood kinetic model, which was subsequently used in the modelling of the Spinning Disk Reactor (SDR). For PVC, PVDF-co-HFP membranes containing TiO₂ were developed; the analyses highlighted initial phenomena consistent with dehydrochlorination, while the overall modifications of the material remained limited.
A preliminary laboratory-scale SDR design and a model coupling film hydrodynamics, liquid–solid mass transfer, surface kinetics, and recirculation were then developed. The simulations show that flow rate and rotational speed become significant mainly when mass transfer contributes appreciably to the overall resistance, providing a basis for the future experimental validation of the intensified process.

La fotocatalisi eterogenea rappresenta una possibile strategia per il trattamento di contaminanti organici e materiali difficilmente degradabili, ma le prestazioni del processo dipendono anche dall’irraggiamento, dal trasferimento di materia e dalla configurazione del reattore. Il presente lavoro ha studiato sistemi fotocatalitici basati su TiO₂ applicati a due sistemi differenti: il Congo Red, come contaminante modello solubile, e il PVC, come substrato polimerico solido.
Per il Congo Red sono state confrontate prove di fotolisi e fotocatalisi a diverse concentrazioni iniziali, distinguendo l’adsorbimento al buio dalla fase irradiata. I risultati sono stati descritti mediante una cinetica apparente di Langmuir–Hinshelwood, utilizzata successivamente nella modellazione dello Spinning Disk Reactor (SDR). Per il PVC sono state sviluppate membrane in PVDF-co-HFP contenenti TiO₂; le analisi hanno evidenziato fenomeni iniziali compatibili con la deidroclorurazione, ma modificazioni complessive limitate del materiale.
È stato quindi sviluppato il progetto preliminare di uno SDR da laboratorio e un modello che accoppia fluidodinamica del film, trasferimento di materia liquido–solido, cinetica superficiale e ricircolo. Le simulazioni mostrano che portata e velocità di rotazione assumono un ruolo significativo soprattutto quando il trasferimento di materia contribuisce alla resistenza globale, fornendo una base per la futura validazione sperimentale del processo intensificato.