La produzione e l'impiego del perossido di idrogeno in processi di ossidazione avanzata come precursore di specie radicaliche altamente ossidanti, è oggi di particolare interesse in quanto, riducendosi a ossigeno ed acqua, H2O2 rappresenta, nell'ambito della green chemistry, uno degli agenti ossidanti più compatibili con l'ambiente.
Affinché l'elettrosintesi di H2O2 possa risultare competitiva con i processi chimici attualmente utilizzati dall'industria (principalmente il processo basato sulla semicoppia redox chinone-antrachinone) è essenziale sviluppare materiali catodici che al contempo siano economici, di facile realizzazione e forniscano adeguate prestazioni in termini sia di attività elettrocatalitica e quindi di efficienza di corrente, sia di stabilità meccanica ed elettrochimica.
Il progetto di ricerca si propone di sviluppare un materiale catodico costituito da feltro di grafite o di carbonio, che unisca al basso costo, elevate efficienze di conversione ed elevata durabilità. Al fine di migliorare le prestazioni, il feltro sarà sottoposto a processi di attivazione chimica ed elettrochimica.
Gli elettrodi ottenuti, dopo caratterizzazione chimica, elettrochimica e morfologica , verranno valutati sia relativamente alla produzione di H2O2 sia all'impiego di tale ossidante, mediante decomposizione in situ ad opera di radiazioni UV e/o catalizzatori metallici, nella generazione di specie radicaliche in grado di degradare molecole organiche di interesse ambientale. La fase finale del progetto prevede uno studio volto alla immobilizzazione dei catalizzatori metallici sull'elettrodo, al fine di generare le specie radicaliche direttamente sulla superficie elettrodica.
Particolare attenzione sarà infine rivolta all'ottimizzazione della fluidodinamica del reattore al fine di garantire le massime efficienze di corrente ed il minor consumo energetico, anche con l'obiettivo di determinare indicazioni utili per realizzarne lo scale-up.
Lo sviluppo di un sistema in cui si abbia la produzione catodica di H2O2 e la sua contemporanea utilizzazione per la generazione di radicali OH può costituire una soluzione ideale, economica, di facile controllo e automazione, per la realizzazione di piccoli sistemi di trattamento delle acque (sia per la degradazione di inquinanti sia per la disinfezione) applicabili in aree caratterizzate da scarsità di riserve di acqua potabile (regioni remote, isole, paesi aridi o a basso sviluppo tecnologico).
L¿elettrogenerazione in situ dell¿acqua ossigenata renderebbe gli impianti di ossidazione avanzata autosufficienti, con evidenti vantaggi economici e di sicurezza, dal momento che permetterebbe di evitare i rischi connessi con il trasporto e la gestione di quantità relativamente elevate di acqua ossigenata concentrata.
La produzione catodica di ossidanti, rispetto a quella anodica, presenta il vantaggio di lavorare a potenziali inferiori. Questo da una parte riduce sensibilmente l¿usura e il degrado dei materiali elettrodici e dall¿altra permette maggiore selettività limitando al massimo le reazioni parassite e la produzione di specie intermedie e sottoprodotti indesiderati che oltre ad inficiare la resa della reazione possono comportare un rischio sanitario.
Il principale contributo al superamento delle attuali conoscenze deriva dalla possibilità di sviluppare un metodo di attivazione del felt catodico, rapido e di facile attuazione, che permetta di raggiungere efficienze di corrente superiori agli attuali valori (circa il 60% in flusso di ossigeno e 40% in flusso di aria). L¿obiettivo è quello di lavorare in flusso di aria, eventualmente sfruttando l¿ossigeno prodotto al comparto anodico e derivante dalla scarica dell¿acqua.
Ulteriore innovatività deriva dalla possibilità di modificare il tessuto catodico con gruppi funzionali o metalli immobilizzati che promuovano contemporaneamente sia la produzione sia la decomposizione del perossido di idrogeno consentendo di realizzare un processo catalyst-free senza richiesta di reagenti esterni (evitando i successivi trattamenti per la loro separazione).
L¿evoluzione ideale del progetto dovrebbe procedere attraverso la realizzazione di un sistema di fotolisi o di fotocatalisi in cui la fonte energetica per la decomposizione del perossido di idrogeno sia rappresentata dalla radiazione solare