L’energia solare può essere sfruttata in pompe di calore (‘Adsorption Heat Pumps’, AHP), raffrescatori solari (‘Solar Coolers’, SC) e sistemi di ‘Solar Heat Storage’ (SSHS) ad adsorbimento su zeoliti. Gli inquinanti organici possono essere rimossi dalle acque di falda tramite ‘Permeable Reactive Barriers’ (PRB) caricate con zeoliti. RU-UNIFE punta ad ottenere una comprensione completa a scala atomistica dei fenomeni di ad/desorbimento (A/D) e delle proprietà fisico-chimiche, tramite analisi cristallografica di sistemi rappresentativi dei processi tecnologici. [1.1] Ottimizzazione di alta capacità di carico d’acqua, basse T di desorbimento, e reversibilità dei cicli A/D di materiali microporosi in pompe di calore e raffrescatori solari. Questa linea prevede: i) uso di zeoliti idrofiliche tipo CHA (naturale) e FAU (NaX e NaY, di sintesi) scambiate con Li (LiCHA, LiX e LiY) e di “zeotipi” (silico-allumino-fosfati, SAPO) commerciali o da sintesi ad hoc; ii) raffinamenti Rietveld con dati XRD di laboratorio (o con radiazione neutronica) dopo diversi gradi e cicli di dis/re-idratazione ‘ex situ’; iii) studio XRD da polveri ‘time-resolved’ in luce di sincrotrone con riscaldamento ‘in situ’. Risultati attesi: i) comprensione effetto delle interazioni tra framework zeolitico (FW) e specie extra-framework (EF), e tra diverse specie EF sulle proprietà di A/D; ii) deformazioni del FW e delle migrazioni dell’EF su stabilità dei materiali e reversibilità dei cicli A/D; iii) comprensione delle cause di non reversibilità del processo A/D in SAPO-34 da templanti diversi con possibile cambiamento di coordinazione dell’Al con il grado di idratazione; iv) sviluppo di materiali microporosi con rapporto prestazioni/costo ottimale per dispositivi di riscaldamento e raffrescamento alimentati da energia solare . [1.2] Aumento della densità di immagazzinamento di energia per applicazioni SSHS con effetto combinato di adsorbimento fisico (zeoliti) e chimico (sali idrati). Questa linea prevede: i) preparazione di miscele tra zeoliti (CHA naturale e NaX) e solfati o cloruri idrati (ettringite, epsomite, bishofite, mirabilite, antarcticite); ii) analisi TG/DTA, registrazione isoterme di adsorbimento (IGC) e misura del calore emesso; iii) analisi quantitativa delle fasi tramite Rietveld da dati XRD da polveri a temperatura variabile ‘in situ’; iv) modellizzazione delle cinetiche di reazione; v) test in dispositivi piloti o dimostratori di SSHS. [2] Zeoliti rigenerabili per via termica nel recupero di risorse idriche contaminate da inquinanti organici. Questa linea prevede: raffinamenti Rietveld di dati diffrattometrici da polveri con luce di sincrotrone con riscaldamento ‘in situ’ e misure ‘time-resolved’ di zeoliti con topologia tipo MFI (ZSM-5) e FAU (zeolite Y). Per lo studio su ZSM-5 si utilizzeranno dati di prossima acquisizione con tempo macchina già assegnato. I risultati attesi riguardano la comprensione della modificazioni strutturali associate al processo di ad/desorbimento di metil t-butil etere (MTBE), toluene (TOL) e 1,2 dicloroetano (DCA) e ad/desorbimento di miscele binarie di DCE-MTBE, MTBE-TOL e TOL-DCE su ZSM-5, in termini di variazioni dei parametri di cella, distorsioni subite dal framework zeolitico, ricollocazione degli ioni EF, cambiamento delle occupanze di sito, effetti prodotti dalla degradazione dei contaminanti organici adsorbiti. Ciò permetterà di seguire il processo di rigenerazione ‘in tempo reale’ e di scegliere accuratamente la temperatura più idonea per una rigenerazione e quindi il riutilizzo del materiale adsorbente.
UTILIZZO DI ENERGIA SOLARE E RECUPERO DI RISORSE IDRICHE TRAMITE ZEOLITI (“SoWaZe”)
CRUCIANI, Giuseppe
2012
Abstract
L’energia solare può essere sfruttata in pompe di calore (‘Adsorption Heat Pumps’, AHP), raffrescatori solari (‘Solar Coolers’, SC) e sistemi di ‘Solar Heat Storage’ (SSHS) ad adsorbimento su zeoliti. Gli inquinanti organici possono essere rimossi dalle acque di falda tramite ‘Permeable Reactive Barriers’ (PRB) caricate con zeoliti. RU-UNIFE punta ad ottenere una comprensione completa a scala atomistica dei fenomeni di ad/desorbimento (A/D) e delle proprietà fisico-chimiche, tramite analisi cristallografica di sistemi rappresentativi dei processi tecnologici. [1.1] Ottimizzazione di alta capacità di carico d’acqua, basse T di desorbimento, e reversibilità dei cicli A/D di materiali microporosi in pompe di calore e raffrescatori solari. Questa linea prevede: i) uso di zeoliti idrofiliche tipo CHA (naturale) e FAU (NaX e NaY, di sintesi) scambiate con Li (LiCHA, LiX e LiY) e di “zeotipi” (silico-allumino-fosfati, SAPO) commerciali o da sintesi ad hoc; ii) raffinamenti Rietveld con dati XRD di laboratorio (o con radiazione neutronica) dopo diversi gradi e cicli di dis/re-idratazione ‘ex situ’; iii) studio XRD da polveri ‘time-resolved’ in luce di sincrotrone con riscaldamento ‘in situ’. Risultati attesi: i) comprensione effetto delle interazioni tra framework zeolitico (FW) e specie extra-framework (EF), e tra diverse specie EF sulle proprietà di A/D; ii) deformazioni del FW e delle migrazioni dell’EF su stabilità dei materiali e reversibilità dei cicli A/D; iii) comprensione delle cause di non reversibilità del processo A/D in SAPO-34 da templanti diversi con possibile cambiamento di coordinazione dell’Al con il grado di idratazione; iv) sviluppo di materiali microporosi con rapporto prestazioni/costo ottimale per dispositivi di riscaldamento e raffrescamento alimentati da energia solare . [1.2] Aumento della densità di immagazzinamento di energia per applicazioni SSHS con effetto combinato di adsorbimento fisico (zeoliti) e chimico (sali idrati). Questa linea prevede: i) preparazione di miscele tra zeoliti (CHA naturale e NaX) e solfati o cloruri idrati (ettringite, epsomite, bishofite, mirabilite, antarcticite); ii) analisi TG/DTA, registrazione isoterme di adsorbimento (IGC) e misura del calore emesso; iii) analisi quantitativa delle fasi tramite Rietveld da dati XRD da polveri a temperatura variabile ‘in situ’; iv) modellizzazione delle cinetiche di reazione; v) test in dispositivi piloti o dimostratori di SSHS. [2] Zeoliti rigenerabili per via termica nel recupero di risorse idriche contaminate da inquinanti organici. Questa linea prevede: raffinamenti Rietveld di dati diffrattometrici da polveri con luce di sincrotrone con riscaldamento ‘in situ’ e misure ‘time-resolved’ di zeoliti con topologia tipo MFI (ZSM-5) e FAU (zeolite Y). Per lo studio su ZSM-5 si utilizzeranno dati di prossima acquisizione con tempo macchina già assegnato. I risultati attesi riguardano la comprensione della modificazioni strutturali associate al processo di ad/desorbimento di metil t-butil etere (MTBE), toluene (TOL) e 1,2 dicloroetano (DCA) e ad/desorbimento di miscele binarie di DCE-MTBE, MTBE-TOL e TOL-DCE su ZSM-5, in termini di variazioni dei parametri di cella, distorsioni subite dal framework zeolitico, ricollocazione degli ioni EF, cambiamento delle occupanze di sito, effetti prodotti dalla degradazione dei contaminanti organici adsorbiti. Ciò permetterà di seguire il processo di rigenerazione ‘in tempo reale’ e di scegliere accuratamente la temperatura più idonea per una rigenerazione e quindi il riutilizzo del materiale adsorbente.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
