PRESENTAZIONE

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 Sustainable polyMer And pRocess chemisTry (SMART).

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 allo sviluppo di processi industriali sostenibili.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire le conoscenze di base sulla preparazione, caratterizzazione e applicazione di catalizzatori eterogenei, anche attraverso esperienze pratiche di laboratorio introducendo lo studente alla definizione di processi sostenibili

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

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.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di chimica generale, termodinamica chimica e di cinetica.

MODALITA' DIDATTICHE

- 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. L'approccio di tutto il laboratorio è di tipo interattivo sia tra gli studenti che con il docente. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

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 green ed 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), microscopia elettronica (FESEM, TEM), tecniche spettroscopiche (FTIR), 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

TESTI/BIBLIOGRAFIA

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

Altri testi per la consultazione

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.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

L'insegnamento è previsto nel secondo semestre avente inizio il 24/02/2025.

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 (14-18) con le modalità indicate dal docente.  

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

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 si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

Lo studente potrà avvalersi di mappe concettuali previamente concordate con il docente.

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. 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).

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SUSTAINABLE POLYMER AND PROCESS CHEMISTRY 11767 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe.

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici