66402 - Chemistry and Technology of Catalysis + Laboratory (Chimica e Tecnologia della Catalisi + Laboratorio, CTCATAL)) vale 6 crediti formativi (CFU) e si svolge nel secondo semestre del primo anno della Laurea Magistrale in Chimica Industriale
L'insegnamento si occupa di vari aspetti della catalisi eterogenea. Durante l'insegnamento si affrontano la preparazione e caratterizzazione di catalizzatori eterogenei, le loro prestazioni cinetiche e l'influenza di fenomeni che limitano la velocità globale di reazione. L'approccio è pragmatico ed orientato alle applicazioni industriali.
The aim of the teaching is to provide the basic knowledge on the preparation, characterization, and application of heterogeneous catalysts, also through practical laboratory experiences.
Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di riconoscere e descrivere i principali metodi di preparazione e caratterizzazione di catalizzatori, di definire l'influenza dei fenomeni di trasferimento di massa sulla velocità di reazione delle reazioni catalitiche eterogenee. Grazie alle esercitazioni in laboratorio lo studente sarà in grado di lavorare in gruppo, presentare in forma scritta di rapporti i risultati di attività sperimentali sia riassumendo le procedure adottate che analizzando e cercando di interpretare le osservazioni e i dati ottenuti.
Conoscenze di base di chimica generale, termodinamica chimica e di cinetica..
- Lezioni frontali (32 ore)
- Esperienze in laboratorio (frequenza obbligatoria) (26 ore): Le esperienze di laboratorio vengono affrontati da gruppi di lavoro costituite da più studenti (e.g. 3-4). Lo studente dovrà interagire sia all’interno del proprio gruppo di lavoro e a sula volta si stimola l’interazione tra i gruppi di lavoro nella fase di stesura dei rapporti. Le esperienze di laboratorio sulla preparazione di catalizzatori concedono ai gruppi la possibilità di adattare e proporre la procedura di sintesi. Ciascun gruppo è tenuto alla presentazione di un minireport per ogni esperienza affrontata ed entro la fine dell’insegnamento di uno o due report completi (come concordato con il docente) su alcune esperienze svolte.
Introduzione: Definizioni fondamentali e richiami di nozioni di base di cinetica, catalisi, reattoristica e termodinamica dell’equilibrio chimico.
Catalizzatori industriali, catalizzatori omogenei ed eterogenei. Catalizzatori eterogenei: catalizzatori redox, catalizzatori per ossidazioni in fase gassosa e liquida, catalizzatori per idrogenazione e deidrogenazione, catalizzatori acido-base, catalizzatori multifunzionali. Esempi di catalisi applicata allo sviluppo di processi ecosostenibili o nel controllo degli inquinanti. Metodi di preparazione dei catalizzatori: Supporti e proprietà. Sintesi di supporti e di catalizzatori massivi. Precipitazione, sol-gel, sintesi idrotermale, stabilizzazione, formatura. Sintesi di zeolite. Sintesi di catalizzatori Raney. Preparazione di catalizzatori supportati, metodi di deposizione e selezione dei supporti. Impregnazione con e senza interazione (imbibizione incipiente, precipitazione omogenea, scambio ionico, adsorbimento). Scale-up di preparazione catalizzatori. Caratterizzazione di catalizzatori: tecniche di caratterizzazione, morfologia e caratteristiche fisiche, caratteristiche di massa e di superficie, proprietà tecnologiche. Adsorbimento e desorbimento di vapori a bassa temperatura (N2 a 77K), porosimetria ad intrusione di Hg, microscopia elettronica, tecniche spettroscopiche, tecniche in programmata di temperatura (TPD, TPR, TPO, TG, DSC, DTA). Valutazione dei siti attivi metallici dispersi mediante microscopia elettronica a trasmissione (TEM) o chemio-adsorbimento. Procedure sperimentali per valutare l’attività catalitica. Regimi di reazione e regimi di trasporto di massa in catalisi eterogenea. Attività di laboratorio ed esempi: Sintesi di supporti (e.g. allumina o silice) e valutazione di porosità e del punto di carica zero. Preparazione di catalizzatori supportati con varie tecniche (e.g. scambio ionico, precipitazione, impregnazioni). Caratterizzazione mediante microscopia elettronica (SEM, TEM) e fisi-adsorbimento. Analisi dei sistemi catalitici gas-solidi: reattori, metodi sperimentali per limitare valutare le condizioni limitanti. Pianificazione di sperimentazione per misure cinetiche, bilanci di materi e acquisizione dati. Calcolo e interpretazione TON. Gradienti interfase e intraparticellari. Sistemi catalitici gas-liquido-solido. TOF e calcolo e interpretazione dell'energia di attivazione.
L’insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030:
Obiettivo 4. Fornire un’educazione di qualità, equa ed inclusiva, e opportunità di apprendimento per tutti
Obiettivo 5. Raggiungere l’uguaglianza di genere ed emancipare tutte le donne e le ragazze
Obiettivo 7. Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni
Obiettivo 9. Costruire un'infrastruttura resiliente e promuovere l'innovazione ed una industrializzazione equa, responsabile e sostenibile
Obiettivo 11. Rendere le città e gli insediamenti umani inclusivi, sicuri, duraturi e sostenibili
Obiettivo 12. Garantire modelli sostenibili di produzione e di consumo
Obiettivo 13. Promuovere azioni, a tutti i livelli, per combattere il cambiamento climatico
Obiettivo 15. Proteggere, ripristinare e favorire un uso sostenibile dell’ecosistema terrestre
Le slide dell’insegnamento vengono rese disponibili nella pagina Aulaweb dell’insegnamento in cui vengono resi disponibili altre risorse di studio e approfondimento oltre che le linee guida e materiali di supporto alle attività di laboratorio.
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
F. Cavani et al., Fondamenti di Chimica Industriale, Zanichelli, 2022. Capitolo sui Principi della Chimica Industriale pagg. 15-95
Materiale suppletivo è fornito a richiesta a studenti lavoratori, o studenti con DSA per venire incontro ad esigenze specifiche.
Ricevimento: Su appuntamento per via telefonica o email (antonio.comite@unige.it)
ANTONIO COMITE (Presidente)
CAMILLA COSTA
ORIETTA MONTICELLI
ALBERTO SERVIDA
SILVIA VICINI
L'insegnamento è previsto nel secondo semestre avente inizio il 26/02/2023.
L’orario delle lezioni sarà pubblicato sul portale https://easyacademy.unige.it/portalestudenti/ e di norma si svolge in lezioni teoriche di lunedi (9-11) e mercoledi (12-13) e in sessioni di laboratorio il lunedi pomeriggio (14-16) con le modalità indicate dal docente.
Esame Orale e valutazione dei rapporti di laboratorio. La discussione verterà inizialmente sulle esperienze di laboratorio e quindi verterà sui principali tre temi dell’insegnamento: sintesi, caratterizzazione, testing ed applicazioni
Sistema di valutazione: La ripartizione del voto avverrà per il 60% sull'esame orale finale e per il 40% sulle attività descritta dalle relazioni di laboratorio.
Per gli studenti disabili o con DSA, le modalità d'esame sono uniformate alla regolamentazione di Ateneo per lo svolgimento degli esami di profitto (https://unige.it/disabilita-dsa).
Lo studente potrà avvalersi di mappe concettuali previamente concordate con il docente.
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. Lo studente dovrà conoscere i principali metodi di preparazione e caratterizzazione dei catalizzatori ed essere in grado di interpretare l'influenza dei fenomeni di trasferimento di massa sulla velocità di reazione delle reazioni catalitiche eterogenee sia da un punto di vista teorico che pratico sulla base di quanto svolto nelle esperienze di laboratorio. Nel caso in cui questi non fossero raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio richiedendo anche eventuali spiegazioni aggiuntive al docente responsabile.
Per gli studenti con disabilità o con disabilità di apprendimento (DSA), i metodi di esame sono coerenti con le norme universitarie per lo svolgimento degli esami (https://unige.it/disabilita-dsa).
