Aree di ricerca:

Oggi più dell’80% dei prodotti chimici e petroliferi viene ottenuto tramite processi di catalisi omogenea. Questo tipo di processi ha un forte impatto ambientale a causa soprattutto della bassa selettività che li caratterizza e che spesso si traduce nella produzione di sottoprodotti pericolosi e difficili da smaltire. Sostituendo un processo di catalisi omogenea con uno di catalisi eterogenea è possibile ridurre non solo i costi relativi alla separazione catalizzatore-prodotti ma anche indirizzare la reazione verso percorsi a più elevata selettività e resa del prodotto desiderato. Il gruppo di ricerca studia la produzione del caprolattame (monomero utilizzato nella produzione del Nylon-6 che oggi stima una produzione di 5 milioni di tonnellate/anno) con particolare interesse allo stadio del processo relativo alla reazione di trasposizione di Beckmann. I vecchi processi industriali conducono questo step di reazione in fase liquida ed in presenza di acido solforico concentrato come catalizzatore. L’eccesso di catalizzatore viene neutralizzato a fine reazione con ammoniaca producendo ammonio solfato in grande quantità. Questo rappresenta lo svantaggio principale di questo processo, unitamente anche agli elevati costi dei materiali resistenti alla corrosione. Sostituendo il catalizzatore omogeneo con un catalizzatore solido ed in particolare con un catalizzatore zeolitico con  caratteristiche acide “modulabili” è possibile condurre la reazione in fase gas, con elevata selettività e senza problemi di separazione finale. A tale scopo il gruppo di ricerca sintetizza e caratterizza differenti catalizzatori solidi acidi di tipo zeolitico e ne studia le performance catalitiche nella reazione di trasposizione di Beckmann in fase gas. Con questa tipologia di catalizzatore è possibile ottenere il Nylon-6 con un processo ecosostenibile costituito da solo 4 steps (rispetto ai tradizionali 8 steps) e caratterizzato da un risparmio economico ed energetico, senza emissioni di NO_x e senza formazione di sottoprodotti.

 

In vista della necessità di rispettare gli impegni presi con il sottoscritto protocollo di Kyoto (secondo il quale i paesi industrializzati si impegnano a ridurre, entro il 2012, le emissioni di gas ad effetto serra almeno del 5% rispetto ai livelli del 1990) l’utilizzo di fonti rinnovabili e l’impiego di combustibili da esse ricavabili (biodiesel, bioetanolo, biometano) sono oggi le alternative più applicabili in tema di eco-sostenibilità. In particolare il processo di produzione di biodiesel da oli vegetali o grassi animali rappresenta oggi un mercato in continua crescita, tanto negli Stati Uniti d’America quanto in Europa. L’attuale produzione industriale di biodiesel fa uso di un processo di transestrificazione alcalina omogenea. Il problema pratico dell’uso di un catalizzatore alcalino si traduce in un’elevata produzione di prodotti saponificati, difficoltà di separazione e purificazione della miscela finale di biodiesel. Il gruppo di ricerca studia la possibilità di sostituire questo tipo di catalizzatore con tipologie più efficienti, come la catalisi eterogenea enzimatica, acida, basica o acido-base. In particolare, nella transesterificazione eterogenea enzimatica si studiano nuovi sistemi catalitici “enzima + supporto” con l’obiettivo di superare (o di by-passare) i principali problemi relativi ai processi di catalisi enzimatica in fase omogenea (bassa produttività ed elevati costi relativi all’enzima). La produzione di biodiesel condotta tramite catalisi enzimatica permette di eliminare le limitazioni nella scelta della materia prima (sorgenti di trigliceridi meno costose), di ridurre notevolmente gli step di separazione dei prodotti (non si ha saponificazione) e di operare in condizioni blande di temperatura e pH.

Relativamente alla catalisi eterogenea acida, basica e acido-base, il gruppo di ricerca sintetizza, caratterizza e funzionalizza catalizzatori eterogenei inorganici, come le zeoliti e i materiali mesoporosi, entrambi funzionalizzati o sottoposti a procedure di scambio, e ne studia la loro produttività nella reazione di alcolisi dei trigliceridi, sia in presenza che in assenza di un co-solvente. In fine, le principali proprietà chimico-fisiche del biodiesel prodotto (acidità, contenuto di glicerolo libero, mono-, di- e trigliceridi, viscosità, ecc.) vengono analizzate tramite i metodi standard internazionali al fine di definire la qualità del combustibile prodotto.

La ricerca nell’ambito della separazione dell’idrogeno si sta oggi muovendo con lo scopo di migliorare la tecnologia a disposizione, cercando in tal modo di diminuire la quantità di inquinanti che vengono emessi nell’atmosfera ed abbassando i costi di produzione dell’energia, soprattutto per quei processi (gassificazione di biomasse, idrolisi dell’acqua ecc.) in cui si produce una miscela a medio-basso tenore di H₂.

Il gruppo di ricerca sintetizza e studia nuovi materiali selettivi, come zeoliti, MOF (Metal Organic Framework), materiali mesoporosi e ibridi, per la separazione dell’idrogeno da miscele gassose.

Le zeoliti e i MOF sono materiali cristallini microporosi, i primi di natura inorganica (a base di silicio) e i secondi di natura organica. Date le loro caratteristiche di elevata area superficiale, facilità di incorporare metalli ed elevata regolarità della struttura, questi materiali presentano un elevato potere adsorbente con elevata capacità di setacci molecolari.

A tale scopo, vengono preparati nuovi materiali con caratteristiche superficiali diverse; più in particolare viene variata la dimensione dei pori, la presenza e la valenza dei metalli di transizione nella struttura cristallina, che influenzano la capacità di adsorbimento da parte di gas quali CO₂, CH₄, C₂H₆ e CO.

Inoltre si studia la velocità con la quale i composti gassosi si adsorbono sulla superficie del materiale, per poter caratterizzare le prestazioni di questi adsorbenti per applicazioni industriali in impianti di Pressure e Temperature-Swing-Adsorption.

La ricerca sulle Nanotecnologie mira allo sviluppo di tecnologie atte alla produzione, caratterizzazione, manipolazione ed utilizzo dei Nanotubi di Carbonio (CNT).

Il crescente interesse verso i nanotubi deriva dalle considerevoli proprietà strutturali, meccaniche ed elettroniche degli stessi. I CNTs trovano applicazione in elettronica, microscopia, come sensori in ambito chimico e biologico, come rinforzo in materiali compositi ed in molti altri settori.

Lo spettro di applicazione dei CNTs si allarga grazie ai recenti sviluppi riguardanti la funzionalizzazione chimica degli stessi. Le proprietà elettroniche e le proprietà di superficie vengono modificate tramite la funzionalizzazione covalente.

Nello specifico, il gruppo di ricerca applica metodi per la produzione (tramite la tecnica di decomposizione catalitica di idrocarburi su particelle metalliche), purificazione, funzionalizzazione, separazione e caratterizzazione dei CNTs.