Determinazione e caratterizzazione chimica delle nanoparticelle in emissione dai forni delle cementerie.

Finanziato: Buzzi Unicem S.p.A.
Periodo: Settembre 2016 – Dicembre 2020

Introduzione

Al fine di controllare e ridurre l’emissione del particolato da impianti  industriali occorre conoscere il contributo relativo e assoluto delle diverse fonti emissive. A questo scopo, una delle possibili tecniche consiste nel valutare, direttamente all’emissione, la distribuzione dimensionale delle particelle, la concentrazione delle varie frazioni, sia in termini di massa che in termini di numerosità, e la loro composizione chimica.

Descrizione

Nell’ambito del presente progetto, sulla base dell’esperienza maturata nel corso della precedente attività effettuata presso gli impianti Buzzi Unicem SpA, si prevede di mettere a punto un sistema di campionamento consistente in una sonda in grado di trasferire direttamente il campione dall’emissione ad un impattore multistadio; i campioni così prelevati, segregati dimensionalmente,  saranno poi analizzati off-line in laboratorio con tecniche e strumentazioni diverse, in grado di caratterizzare la composizione chimica della frazione inorganica delle particelle ultrafini e delle nanoparticelle. Le stesse analisi di caratterizzazione del particolato verranno effettuate nell’aria ambiente circostante gli impianti in esame, per poter valutare l’eventuale correlazione tra il particolato presente in ambiente e l’emissione del cementificio. In una futura ulteriore fase del lavoro, una volta ottimizzata la metodologia di prelievo del campione, la sperimentazione verrà estesa, negli stessi siti di misura, all’analisi della frazione organica del particolato.

L’Istituto dispone di numerose apparecchiature che consentono la raccolta e l’analisi del particolato segregato dimensionalmente:

– sistema di campionamento multistadio del particolato atmosferico NanoMoudi 125-R) con 13 piatti di impatto rotanti

– sistema di campionamento multistadio del particolato atmosferico Moudi II (120-R) con 10 piatti di impatto rotanti

– Scanning Mobility Particle Sizers (SMPS,TSI 3936)

– Aerosol Mass Spectrometry (HR-TOF-AMS)

Obiettivi

L’obiettivo riguarda la concentrazione in massa e la composizione chimica, il particolato ultrafine e le nanoparticelle, per le loro piccole dimensioni e per il loro trascurabile contributo alla massa totale dell’emissione, non possono essere caratterizzati con la strumentazione ed i metodi normalmente utilizzati per l’analisi delle polveri atmosferiche in aria ambiente. La massa di materiale all’emissione riconducibile a tali frazioni dimensionali è infatti di norma trascurabile, con livelli generalmente inferiori ai limiti di rilevabilità dei protocolli di campionamento ed analisi disponibili per il particolato atmosferico ambientale. L’approccio di elezione per questo tipo di misure è quindi rappresentato dall’impiego combinato di specifici dispositivi per  il campionamento e le misure in-situ e di metodi particolarmente sensibili per l’analisi off-line dei campioni, in grado di effettuare la caratterizzazione delle varie frazioni dimensionali dal punto di vista chimico, morfologico e microanalitico.

Il programma dell’attività sarà così articolato:

1. Ricerca bibliografica
2. Messa a punto di una metodologia per il campionamento materiale particellare presente nell’emissione su impattore multistadio
3. Messa a punto di una metodologia per il trasferimento dei campioni segregati dimensionalmente agli strumenti di analisi off-line
4. Messa a punto di una metodologia per la caratterizzazione della componente inorganica nelle frazioni submicroniche del particolato raccolto
5. Prove in campo preliminari presso il forno della Cementeria di Guidonia (RM): caratterizzazione dimensionale, chimica, morfologica e microanalitica delle particelle ultrafini e delle nanoparticelle
6. Campagne di misura presso le Cementerie di Robilante (CN), Vernasca (PC) e di Barletta (BAT), Augusta (SR), in diverse condizioni di esercizio e di alimentazione dei forni
7. Elaborazione e valutazione dei dati raccolti

Partecipanti

• CNR-IIA
• Università Sapienza
  

Gruppo di lavoro