CATALISI E FOTOCATALISI PER L'AMBIENTE E L'ENERGIA

Il corso intende fornire le conoscenze fondamentali del fenomeno catalitico in generale e foto catalitico in particolare, approfondendo le applicazioni più moderne della catalisi eterogenea nel campo della produzione di energia, della protezione dell’ambiente e dell’industria chimica sostenibile.

In particolare:

a) per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding), il corso si propone di far conoscere i concetti di base del fenomeno catalitico. 

b) per quanto concerne la capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding), il corso si propone di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite per risolvere problematiche riguardanti la catalisi per la produzione di energia e la protezione dell'ambiente.

c) per quanto concerne l'autonomia di giudizio (making judgements), il corso si propone di fornire gli strumenti per stimare l'importanza dei processi catalitici in un contesto di chimica industriale sostenibile. 

d) per quanto concerne le abilità comunicative (communication skills), il corso si propone di sviluppare e/o migliorare le capacità di esporre concetti scientifici con proprietà di linguaggio adeguate ai contesti energetici ed ambientali.

e) per quanto concerne le capacità di apprendimento (learning skills), il corso si propone di dotare lo studente di un metodo di studio pragmatico che lo aiuti a lavorare sia autonomamente che in gruppo per un più facile inserimento all'interno dell'industria chimica sostenibile. 

Lezioni frontali con esercizi numerici in aula sugli argomenti trattati. Durante ogni lezione è lasciato spazio agli studenti per domande e commenti, in modo da favorire l'interazione docente-studente e studente-studente.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus

Conoscenze di base di termodinamica e di cinetica chimica.

Obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS 

• Catalisi: importanza e storia
• Principi di base di catalisi. Catalisi eterogenea ed omogenea. Classificazione dei catalizzatori.
• Catalisi eterogenea ed adsorbimento: fisisorbimento e chemisorbimento. Descrizione quantitativa: isoterme di adsorbimento. Importanza ed applicazione dell’adsorbimento: determinazione area superficiale e distribuzione diametro dei pori, dispersione metallica.   
• Cinetica delle reazioni catalizzate. Studio dei principali meccanismi di reazione: Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, Mars-van Krevelen.
• Metodi di preparazione e tecniche di caratterizzazione di catalizzatori eterogenei.
• Misura dell’attività di catalizzatori. Disattivazione e suoi meccanismi.
• Catalisi e green chemistry. Acidi e basi solide in catalisi. Processi catalitici a basso impatto ambientale.
• Catalisi per il controllo dell’inquinamento da sorgenti mobili e stazionarie. Sistemi catalitici per motori a benzina e diesel. Catalizzatori per deNOx e deSO_X. Catalytic combustion di VOC.
• Produzione e storage di idrogeno. Fuel cells. Hydrogen economy.
• Catalizzatori per la produzione e l’upgrading di combustibili liquidi.
• Principi e meccanismi della fotocatalisi. Principali foto catalizzatori eterogenei.
• Principali reazioni fotocatalizzate: rimozione di inquinanti da aria ed acqua, ossidazioni selettive, watersplitting, riduzione di CO₂.

1. J. Hagen – Industrial Catalysis: a practical approach. Wiley-VCH

2. C.H Bartholomew, R.J. Farrauto, Fundamentals of industrial catalytic processes, 2^nd ed. Wiley-Interscience

3. G. Ertl, H. Knozinger, J. Weitkamp - Preparation of Solid Catalysts – Wiley-VCH

4. Visible-light-active photocatalysis: nanostructured catalyst design, mechanisms and applications, S.Ghosh ed., Wiley-VCH

5. Photocatalysis and Water Purification, P. Pichat Ed., Wiley-VCH

6. H. Kisch, Semiconductor Photocatalysis, Wiley

Esame orale 

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le normative lo consentissero e le condizioni lo dovessero richiedere.

• Catalisi: importanza e storia
• Principi di base di catalisi. Catalisi eterogenea ed omogenea. Classificazione dei catalizzatori.
• Catalisi eterogenea ed adsorbimento: fisisorbimento e chemisorbimento. Descrizione quantitativa: isoterme di adsorbimento. Importanza ed applicazione dell’adsorbimento: determinazione area superficiale e distribuzione diametro dei pori, dispersione metallica.   
• Cinetica delle reazioni catalizzate. Studio dei principali meccanismi di reazione: Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, Mars-van Krevelen.
• Metodi di preparazione e tecniche di caratterizzazione di catalizzatori eterogenei.
• Misura dell’attività di catalizzatori. Disattivazione e suoi meccanismi.
• Catalisi e green chemistry. Acidi e basi solide in catalisi. Processi catalitici a basso impatto ambientale.
• Catalisi per il controllo dell’inquinamento da sorgenti mobili e stazionarie. Sistemi catalitici per motori a benzina e diesel. Catalizzatori per deNOx e deSOX. Catalytic combustion di VOC.
• Produzione e storage di idrogeno. Fuel cells. Hydrogen economy.
• Catalizzatori per la produzione e l’upgrading di combustibili liquidi.
• Principi e meccanismi della fotocatalisi. Principali foto catalizzatori eterogenei.
• Principali reazioni fotocatalizzate: rimozione di inquinanti da aria ed acqua, ossidazioni selettive, watersplitting, riduzione di CO2.