PRESENTAZIONE

Chimica e Tecnologia della Catalisi + Laboratorio (CTCATAL, codice 66402) vale 6 crediti e si svolge nel secondo semestre dei seguenti anni: 1° Chimica Industriale

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti le nozioni fondamentali della preparazione, caratterizzazione ed applicazione dei catalizzatori eterogenei.

MODALITA' DIDATTICHE

- Lezioni frontali

- Esercitazioni

- Esperienze in laboratorio (frequenza obbligatoria)

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte introduttiva: Definizioni fondamentali e richiami di teoria della catalisi: catalizzatori, equilibrio termodinamico, velocità di reazione, energia di attivazione ed equazione di Arrhenius, tipi di reattori industriali. Classificazione dei catalizzatori industriali: tipi di catalizzatori: catalisi omogenea, catalisi eterogenea; catalizzatori eterogenei e classificazione; catalizzatori redox; catalizzatori di ossidazione in fase gas ed in fase liquida, catalizzatori di idrogenazione, catalizzatori per deidrogenazioni; catalizzatori acido-base; catalizzatori polifunzionali. Esempi di catalisi applicata allo sviluppo di processi ecosostenibili o nel controllo o rimozione di inquinanti. Metodi di preparazione dei catalizzatori: Preparazione di supporti e di catalizzatori massivi: tipi di supporti per catalizzatori, proprietà e preparazione. Precipitazione, metodi sol gel, sintesi idrotermali, trattamenti di stabilizzazione (lavaggio, essiccamento, calcinazione), formatura (dimensione e forma). Sintesi di zeoliti. Sintesi di catalizzatori Raney. Scale-up nella produzione di catalizzatori. Preparazione di catalizzatori supportati e metodi di dispersione: selezione dei supporti. Metodi di impregnazione con e senza interazioni: scambio ionico, impregnazione incipiente, precipitazione omogenea. Caratterizzazione di catalizzatori: Tecniche di caratterizzazione: morfologia e caratteristiche fisiche, caratteristiche superficiali, caratteristiche massive, proprietà tecnologiche. Adsorbimento di vapori a bassa temperatura, porosimetria fisi- assorbimento e a mercurio, permeometria, microscopia, metodi spettroscopici, tecniche a temperatura programmata (TPD, TPR, TPO, TG, DSC, DTA). Valutazione del numero di siti attivi dispersi in un supporto inorganico ed organico mediante l’analisi delle dimensioni delle nanoparticelle metalliche mediante tecniche di microscopia elettronica o misure di chemiadsorbimento (statico e dinamico). Procedure sperimentali per la valutazione e comparazione delle attività catalitiche. Regimi di reazione e limitazioni diffusive in catalisi eterogenea. Vita, avvelenamento, rigenerazione di un catalizzatore eterogeneo. Esercitazioni e attività di laboratorio: Preparazione di un supporto mesoporoso di allumina. Determinazione del punto isoelettrico di un supporto. Preparazione di un catalizzatore supportato: cinetica di impregnazione e tipi di distribuzione della specie attiva nel supporto. Caratterizzazione morfologica di catalizzatori mediante microscopia elettronica. Valutazione della dispersione metallica e del diametro medio dei cristalliti mediante microscopia elettronica a trasmissione. Analisi di sistemi catalitici eterogenei gas-solido: tipi di reattori, metodi sperimentali per la valutazione delle condizioni limitanti, pianificazione della sperimentazione per la valutazione della cinetica intrinseca, bilancio materiale e raccolta dei dati sperimentali. Valutazione di TON. applicazione di criteri per la valutazione di gradienti intraparticella, interfase, nel reattore. Analisi di sistemi catalitici multifase: gas-liquido-solido. Valutazione del TOF. Determinazione dell’energia di attivazione e individuazione dei regimi cinetici. Durante tale sperimentazioni le reazioni prevalentemente studiate saranno quelle di idrogenazione e di isomerizzazione. I substrati utilizzati saranno di tipo polifunzionali e idonei per lo studio di reazioni in serie (es. Fenil Acetilene), di reazioni parallele (es. aldeide cinnamica) e di reazioni di isomerizzazione. In aggiunta altre esercitazioni potrebbero essere finalizzate allo studio cinetico e alla valutazione del grado di reazione.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

D. Murzin, Engineering Catalysis. De Gruyter,  Berlin, Boston, 2013

D. Sanfilippo (ed.), The Catalytic Process from Laboratory to the Industrial Plant, Maraschi, Milano, 1994.

G. Bellussi (ed.), Material design for catalytic application, Maraschi, Milano, 1996

J.M.Thomas, W.J. Thomas, Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH Verlag GmbH, 1996

R.J. Wijngaarden, A. Kronberg, K.R. Westerterp, Industrial catalysis: optimizing catalysts and processes, Wiley-VCH, 1998

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ANTONIO COMITE (Presidente)

ALDO BOTTINO

CAMILLA COSTA

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Orale

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La Commissione è costituita da almeno due componenti di cui uno è il responsabile dell'insegnamento; l'esame orale ha una durata di almeno 30 min. Con queste modalità, la Commissione è in grado di verificare il conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Nel caso in cui questi non fossero raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio richiedendo anche eventuali spiegazioni aggiuntive al docente responsabile.

Calendario appelli