Obiettivi formativi
Obiettivi: Il corso “Catalytic technologies for sustainability” mira a fornire agli studenti una comprensione completa dei principi, delle applicazioni e dei progressi nella catalisi che contribuiscono alla sostenibilità ambientale. Gli obiettivi specifici del corso sono qui descritti:
1. Comprensione dei fondamenti della catalisi: introdurre gli studenti ai principi fondamentali della catalisi, inclusi i tipi di catalizzatori, i meccanismi catalitici e gli aspetti cinetici rilevanti per i processi sostenibili.
2. Impatto ambientale della catalisi: istruire gli studenti sulle sfide ambientali associate ai tradizionali processi catalitici, come il consumo di energia, la generazione di rifiuti e l'esaurimento delle risorse.
3. Principi della chimica verde: enfatizzare i principi della chimica verde nel contesto della catalisi, concentrandosi sulla progettazione di catalizzatori e processi che riducono al minimo l'impatto ambientale, riducono le sostanze pericolose e migliorano la sostenibilità.
4. Scienza e ingegneria dei materiali: esplorare il ruolo della scienza dei materiali nello sviluppo di materiali catalitici sostenibili, coprendo argomenti come la sintesi del catalizzatore, le tecniche di caratterizzazione e le relazioni struttura-funzione.
5. Progressi tecnologici: discutere i recenti progressi nei materiali e nelle tecnologie catalitiche che migliorano l'efficienza, la selettività e la durata riducendo al contempo i requisiti energetici e la produzione di rifiuti.
6. Casi di studio e applicazioni: analizzare casi di studio di implementazione di successo di processi catalitici sostenibili in vari settori, come la produzione di energia, la produzione chimica e la bonifica ambientale.
7. Ricerca e innovazione: incoraggiare gli studenti a esplorare le attuali tendenze di ricerca e le opportunità di innovazione nei materiali catalitici sostenibili, promuovendo il pensiero critico e le capacità di risoluzione dei problemi.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Nel complesso, il corso “Catalytic technologies for sustainability” mira a fornire agli studenti le conoscenze e le competenze necessarie per contribuire allo sviluppo e all'implementazione di processi catalitici ecologicamente responsabili in vari settori. Collega i principi fondamentali con le applicazioni pratiche, incoraggiando una comprensione olistica della sostenibilità nella catalisi.
In particolare, il corso coprirà i seguenti aspetti:
1. Introduzione alla catalisi: panoramica dei processi catalitici, tipi di catalizzatori (omogenei, eterogenei, biocatalizzatori) e loro applicazioni.
2. Valutazione dell'impatto ambientale: esame dell'impatto ambientale dei processi catalitici e necessità di alternative sostenibili.
3. Principi di chimica verde: principi quali economia atomica, efficienza catalitica e solventi più sicuri, concentrandosi sulla loro applicazione nella catalisi.
4. Materiali catalitici: studio dei materiali utilizzati nella catalisi, inclusi metalli, ossidi metallici, organocatalizzatori e i loro metodi di sintesi e tecniche di caratterizzazione.
5. Progressi tecnologici: esplorazione di tecnologie catalitiche avanzate, tra cui nanocatalizzatori, ingegneria enzimatica e fotocatalisi, con un focus sulla sostenibilità.
6. Casi di studio: analisi di esempi concreti in cui materiali catalitici sostenibili sono stati applicati con successo per risolvere sfide ambientali e industriali.
7. Direzioni future: discussione sulle tendenze emergenti e sulle direzioni future nella ricerca e nell'applicazione di materiali catalitici sostenibili, tra cui sfide e opportunità.
Programma esteso
Programma esteso:
1. Introduzione
o Panoramica della catalisi e dei materiali catalitici sostenibili
o Importanza e rilevanza della sostenibilità nella catalisi
o Obiettivi e ambito del corso
2. Fondamenti della catalisi sostenibile
o Principi di base della catalisi
o Definizione e concetti chiave della sostenibilità nei materiali catalitici
o Chimica verde e catalisi
3. Progettazione e sviluppo di materiali catalitici sostenibili
o Criteri per materiali catalitici sostenibili
o Strategie di progettazione per una maggiore sostenibilità
o Ruolo dei metodi computazionali nella progettazione dei catalizzatori
4. Tipi di materiali catalitici sostenibili
o Catalizzatori a base di metalli
Metalli di transizione
Metalli preziosi
o Catalizzatori privi di metalli
Organocatalizzatori
Catalizzatori a base di carbonio
o Catalizzatori ibridi e compositi
5. Risorse rinnovabili e materie prime
o Materiali catalitici derivati dalla biomassa
o Utilizzo dei rifiuti e sottoprodotti
o Conversione catalitica di materie prime rinnovabili
6. Sintesi e fabbricazione di catalizzatori
o Metodi di sintesi ecologici
o Processi senza solventi e a basso consumo energetico
o Progressi nelle tecniche di fabbricazione di catalizzatori
7. Caratterizzazione di materiali catalitici
o Tecniche analitiche per la caratterizzazione di catalizzatori
o Relazioni struttura-attività
o Metodi di caratterizzazione in situ e operando
8. Prestazioni e ottimizzazione di catalizzatori
o Metriche per la valutazione delle prestazioni di catalizzatori
o Tecniche di ottimizzazione per l'efficienza catalitica
o Casi di studio di catalizzatori ad alte prestazioni
9. Stabilità e longevità di catalizzatori
o Fattori che influenzano la stabilità di catalizzatori
o Strategie per migliorare la durata di catalizzatori
o Riutilizzabilità e rigenerazione di catalizzatori
10. Considerazioni ambientali ed economiche
o Impatto ambientale di materiali catalitici
o Valutazione del ciclo di vita di processi catalitici
o Fattibilità economica e analisi dei costi
11. Applicazioni di materiali catalitici sostenibili
o Catalisi nella produzione e nello stoccaggio di energia
o Catalisi ambientale
o Processi catalitici industriali
o Catalisi in prodotti farmaceutici e prodotti chimici fini
12. Tendenze e innovazioni emergenti
o Progressi nella nanocatalisi
o Fotocatalisi ed elettrocatalisi
o Catalisi per l'economia circolare
13. Sfide e direzioni future
o Sfide e soluzioni tecniche
o Sfide normative e politiche
o Direzioni e opportunità di ricerca future
14. Casi di studio ed esempi concreti
o Implementazioni di successo di materiali catalitici sostenibili
o Lezioni apprese dalle applicazioni industriali
o Analisi comparativa con materiali catalitici tradizionali
Bibliografia
- Chemical Process Technology (Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. Van Diepen) 2013, Wiley
- Industrial Catalysis, A Practical Approach (Jens Hagen), 2015, Wiley
Metodi didattici
Le lezioni si terranno in presenza ed erogate in lingua inglese, integrate da presentazioni PowerPoint. Queste slide saranno caricate settimanalmente sulla piattaforma Elly. Ulteriori risorse sono accessibili anche tramite Elly. Per scaricare le slide, gli studenti devono iscriversi al corso online. Le slide sono componenti essenziali del materiale didattico. Si ricorda agli studenti non frequentanti di rivedere il materiale didattico disponibile e le linee guida fornite dall'istruttore tramite la piattaforma Elly. L'istruttore è disponibile per ulteriori spiegazioni su appuntamento via e-mail.
Modalità verifica apprendimento
La conoscenza e la comprensione dei concetti saranno valutate tramite un esame orale. Durante questo esame, lo studente dovrà dimostrare diverse competenze:
- Comprensione completa della sostenibilità e della catalisi nei processi chimici.
- Capacità di confrontare e discutere criticamente i materiali catalitici, come il confronto di vecchi metodi catalitici con approcci più innovativi.
- Competenza nell'uso di un linguaggio appropriato.
- Capacità di integrare le conoscenze di altri corsi.
La data e l'ora dell'esame orale saranno programmate tramite e-mail (nicola.dellaca@unipr.it). La prova orale valuterà la comprensione degli aspetti dell'argomento, la capacità di ragionamento critico e la capacità di collegare i diversi componenti del corso. Inoltre, la sintesi, l'uso del linguaggio tecnico e le capacità comunicative saranno valutate positivamente. Il punteggio dell'esame sarà comunicato immediatamente dopo l’esame. Gli studenti sono incoraggiati a registrarsi sul portale ESSE3 prima dell'esame orale programmato.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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