Riassunto analitico
Lo scopo di questo lavoro è quello di sviluppare differenti trattamenti chimici per: i) recuperare scarti di vetro per i quali la discarica è ancora la prima via di smaltimento; ii) valorizzare scarti di vetro in applicazioni a più alto valore rispetto a quelle in cui sono attualmente utilizzati. Gli scarti di vetro considerati sono i seguenti: - Post-consumer: vetro da tubo a raggi catodici (CRT); vetro da lampade fluorescenti; frazione di vetro inquinato da piombo proveniente dalla raccolta differenziata urbana. - Pre-consumer: vetro borosilicato da flaconcini cosmetici. - End of Waste: glassy sand (residuo del trattamento primario del vetro da raccolta differenziata urbana). Per operare un confronto con la matrice vetrosa, è stato considerato anche un altro scarto ricco di silice amorfa, la cenere di lolla di riso (RHA), proveniente dalla combustione della lolla di riso, sottoprodotto comunemente sfruttato come biomassa per la produzione di energia. Il vetro CRT e la frazione inquinata da piombo della raccolta differenziata urbana sono stati utilizzati come sostituti del cemento o dell’aggregato fine all’interno di malte cementizie. In particolare, è stato studiato l’effetto di un pretrattamento sostenibile a base di acido nitrilotriacetico (NTA), determinandone la profondità di penetrazione e l’effetto sulla solubilità del vetro. I risultati hanno mostrato che il trattamento rende il vetro meno solubile grazie alla sottrazione di piombo, riducendo così i rischi connessi all’inquinamento per lisciviazione. L’effetto riguarda anche il comportamento del vetro nelle malte: sebbene il trattamento riduca l’attività pozzolanica del vetro, scongiurandone l’utilizzo come SCM, ne consente invece l’impiego come aggregato fine evitando l’innescarsi di reazioni ASR. Entrambi i vetri di scarto sono stati sfruttati anche come supporto solido per l’adsorbimento di lipasi (enzima) ottenuta da fermentazione allo stato solido di scarti agro alimentari. Il biocatalizzatore ottenuto è così composto solo da materiali riciclati. L’attività della lipasi immobilizzata è stata testata tramite metodo spettrofotometrico utilizzando una tipica reazione catalizzata da lipasi in solvente organico. I risultati hanno evidenziato che l’adsorbimento ha avuto successo su entrambi i vetri impiegati come supporto, con attività catalitiche che vanno dall’11 al 15%. Successivamente, il biocatalizzatore è stato testato per la produzione di biodiesel tramite transesterificazione di oli vegetali esausti. I risultati hanno confermato la fattibilità del processo: metil esteri tipici del biodiesel sono stati rilevati su tutti i campioni con lipasi adsorbita su vetro da raccolta differenziata urbana, mentre la prestazione del vetro CRT è risultata peggiore (probabilmente a causa dell’alto contenuto di Pb). Vetro da lampade fluorescenti, vetro borosilicato, glassy sand e RHA sono stati utilizzati come precursori di silice amorfa per ottenere soluzioni di silicato di sodio mediante trattamento alcalino. Sono stati ottimizzati i seguenti parametri: concentrazione di NaOH; tempo di contatto; temperatura; rapporto in peso solido/liquido; granulometria del solido; effetto dell’agitazione. Le soluzioni ottenute sono state caratterizzate mediante titolazioni volumetriche basate su ISO 1692:1976 e ISO 2124:1972 per la determinazione di alcali (espressi come Na2O) e silice (SiO2). La cenere di lolla di riso si è dimostrata più reattiva dei vetri di scarto. In particolare, [NaOH]=1.5-2M e tempo di contatto=3h sono le migliori condizioni per ottenere agenti deflocculanti per impasti ceramici, mentre [NaOH]=1-1.5M e tempo di contatto=3h sono le condizioni migliori per ottenere soluzioni attivanti per geopolimerizzazione.
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Abstract
The purpose of the present work is to develop different chemical treatments in order to: i) recovery glass waste for which the landfill is still the first disposal route; ii) valorize glass waste in higher-value applications with respect to those in which they are currently exploited.
The glass waste considered are the follow, coming from different streams:
- Post-consumer: glass from cathode ray tube (CRT); glass from fluorescent lamps; lead-polluted glass residue from urban collection.
- Pre-consumer: borosilicate glass from cosmetic vials.
- End of Waste (secondary raw material): glassy sand (coming from the residual part of primary treatment of urban collection glass).
In order to have a comparison with the glassy matrix, a different kind of waste, also containing high amount of amorphous silica, was chosen in the work, rice husk ash (RHA) coming from the combustion of rice husk (RH), a food by-product employed as biomass for green energy production.
CRT glass and lead-polluted glass residue from urban separated collection were used either as supplementary cementitious material (SCM) or as fine aggregate substitute in cement mortars. In particular, the effect of a mild, sustainable pretreatment based on nitrilotriacetic acid (NTA) was investigated. The depth of penetration and the effect on glass solubility were determined. Results showed that NTA treatment makes the glass less soluble because of lead depletion that should reduce the risk of pollution from leaching. Consequently, the glass behavior in mortars changes: even if the NTA treatment decreases the pozzolanic activity of the glass, making it a filler material rather than SCM, the same treatment allows its use as fine aggregate in substitution of natural sand suppressing ASR reactions. This application is environmentally preferred since it reduces the energetic costs avoiding strong milling process necessary for SCM.
Both waste glasses were exploited also as solid support for the adsorption of a lipase (enzyme) obtained from solid-state fermentation of agro-food waste. The resultant biocatalyst is made only from recycled materials. The activity of the immobilized lipase was firstly tested by spectrophotometric method using a typical lipase catalyzed reaction in organic solvent. Results showed that the lipase adsorption was successful on both glasses employed as supports, with catalytic activities ranging between 11-15% (the commercial enzyme/glass system is between 7-14%). After that, the biocatalyst was tested for biodiesel production through the transesterification of waste vegetable oils. Results confirmed the feasibility of the process: methyl esters typical of biodiesel were detected in all the samples containing lipase adsorbed on packaging glass for urban collection, while CRT glass gave a worse performance (probably due to the high Pb content).
Glass from fluorescent lamps, borosilicate glass from cosmetic vials, glassy sand and RHA were used as amorphous silica precursors to obtain sodium silicate solutions by means of a mild alkaline treatment. The following parameters were studied for optimization: NaOH concentration; contact time; temperature; solid/liquid weigh ratio; solid particle size; stirring effect. The solutions obtained after filtration were characterized using volumetric titrations based on ISO 1692:1976 and ISO 2124:1972, for the determination of alkali (expressed as Na2O) and silica (SiO2). Compared to waste glasses, RHA was found more reactive towards NaOH solution. In particular, [NaOH]=1.5-2M and contact time=3h are the better conditions to obtain deflocculating agents for ceramics, while [NaOH]=1-1.5M and contact time= 3h are the better conditions to obtain activating solutions for geopolymerization.
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