| Summary: | L’accoppiamento di diverse operazioni unitarie può in certi casi portare ad una cosiddetta “intensificazione di processo”, cioè ad un aumento sostanziale delle rese, dell’efficienza e della sostenibilità. Nel presente lavoro sono state pertanto analizzate le potenzialità di accoppiamento della fotocatalisi, il più studiato tra i “processi di ossidazione avanzata”, sia con alcuni processi a membrana per la sintesi verde di aromi sia con l’ozonizzazione per la depurazione di acque. È stato dimostrato che in entrambi i casi l’ottenimento di una significativa intensificazione di processo dipende in gran parte dai parametri operativi, in particolare dal rapporto, delta, tra la velocità caratteristica di fotocatalisi e quella del processo accoppiato.
Nel caso della sintesi di aromi, in cui la fotocatalisi viene accoppiata con la pervaporazione o con la dialisi ricircolando al reattore il retentato dalla cella con la membrana. Il parametro delta dipende dalla velocità di reazione, dalle proprietà di trasporto delle membrane e naturalmente dal volume del rettore e dall’area della membrana. La reazione fotocatalitica produce l’aroma, ad esempio vanillina da acido ferulico, per ossidazione parziale e grazie al recupero del prodotto se ne evita l’ulteriore ossidazione aumentandone pertanto la resa. L’operare in apparati separati offre diversi vantaggi come la possibilità di variare senza vincoli il rapporto tra area della membrana e volume del reattore, ma impone di considerare anche il grado effettivo di accoppiamento dei processi. In questo caso, come evidenziato dal modello matematico, un sufficientemente elevato rapporto di ricircolo consente comunque di integrare efficacemente i processi.
Nell’ozonizzazione fotocatalitica si hanno due importanti vantaggi: l’aumento della velocità di degradazione grazie alla sinergia tra i processi e la capacità di controllare la formazione di prodotti pericolosi. La sinergia viene massimizzata ad un valore ottimale di delta, mentre la formazione dei prodotti indesiderati viene controllata operando secondo le procedure che sono state individuate.
=== The coupling of different unit operations can generate the so called “process intensification”, giving a substantial increase of yield, efficiency and sustainability. Photocatalytic oxidation is one of the best known Advanced Oxidation Processes and in the present work it is shown which are the possibilities arising by the coupling of photocatalysis both with two membrane separation processes for the green synthesis of aromas and with ozonation for water purification.
It has been demonstrated that process intensification depends mainly on the operating condition, one of which is the ratio delta, between the characteristic rate of the photocatalytic reaction and the characteristic rate of the second process.
In the synthesis of aromas, photocatalysis has been coupled with pervaporation or dialysis. The integraion has been achieved recirculating the retentate flow of the membrane separation module. The delta parameter and the process enhancement depends on rate of reaction, transport properties of the membranes, accordingly from the volume of reactor and membrane surface.
The partial oxidation given by the photocatalytic reaction can yield the vanillin aroma starting from ferulic acid. The recovery of the product, using the membrane separation can avoid a further oxidation and the yield increase. Working with separated apparatuses gives some advantages, the ratio between the volume of the reactor and the membrane surface area can be changed freely, but more attention has to be paid to integration effectiveness. In this case a sufficiently high recirculation rate can guarantee the process integration, as shown by the mathematical model.
Photocatalytic ozonation can achieve two important results: the rate of reaction increase by processes synergy and the control of hazardous substances formation. This synergy is maximized at an optimal value of delta. An optimal value of delta exist that maximizes the synergy and the formation of hazardous substances is controlled according to given procedures.
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