Obiettivi formativi
La catalisi è la chiave per ottenere processi chimici efficienti. La catalisi è un insieme di conoscenze interdisciplinari coerenti. Essa trova i suoi elementi unificatori nei concetti di struttura chimica, reattività, cinetica e fenomeni di trasporto. L’obbiettivo del corso è quello di fornire una comprensione unitaria del fenomeno catalitico.
Il corso di Catalisi ambientale si propone di prendere in esame le applicazioni della catalisi nell'ambito dei processi finalizzati alla riduzione delle emissioni e all'abbattimento degli inquinanti gassosi, nonchè in generale alla realizzazione di processi più compatibili con la tutela dell'ambiente.
Contenuti dell'insegnamento
Introduzione, definizione della catalisi e richiami di cinetica chimica, TON e TOF. Economia atomica e green chemistry (esempi).
Catalisi omogenea con metalli di transizione. Esempio di reazione di coupling selettivo (Suzuki, Heck) catalizzate da metalli di transizione.
Biocatalisi. Processi industriali di biocatalisi.Processi di riduzione e ossidazione catalizzati da enzimi. Sintesi asimettriche.
Catalisi eterogenea: fondamenti e tecniche di caratterizzazione di catalizzatori.
Importanza dell’adsorbimento nella catalisieterogenea; isoterme di adsorbimento.
Meccanismi di reazioni in fase gas in catalisi eterogenea.
Aspetti energetici nella catalisi eterogenea.
Prestazioni dei catalizzatori. Promotori, disattivazione dei catalizzatori, rigenerazione.
Avvelenamento dei catalizzatori, avvelenamento dei metalli, semiconduttori e solidi acidi.
Shape-selective catalysis: zeoliti.
Processi industriali di catalisi eterogenea.
Importanza economica dei catalizzatori.
Solventi alternativi: liquidi ionici, fase supercritica e processi bifasici. Uso di biossido di carbonio per la produzione di chemicals.
Introduzione: catalisi e ambiente.
Applicazioni della catalisi alla riduzione dell'inquinamento atmosferico da COx, NOx, CFC, ozono.
Processi catalitici per la produzione di combustibili di alta qualità. Trattamenti di idrodesolforazione.
Controllo delle emissioni da sorgenti in movimento: motori Otto e motori Diesel. Catalizzatori a tre vie. Catalizzatori per l'accumulo e la riduzione degli NOx. Catalizzatori per l'abbattimento del particolato nelle emissioni da motori Diesel.
Controllo delle emissioni da sorgenti stazionarie. Decomposizione NO. Riduzione catalitica selettiva (SCR) degli ossidi di azoto con ammoniaca, CO, idrogeno, metano e altri idrocarburi. SCR con Urea. Abbattimento catalitico di SOx e NOx. Eliminazione dell'ammoniaca.
Celle a combustibile. Produzione di idrogeno. Stoccaggio di idrogeno. Nanotubi.
Tecnologie catalitiche per la conversione di fonti rinnovabili. Catalisi nella conversione termica delle biomasse. Biomasse come fonti di prodotti chimici. Produzione del biodiesel. Produzione di polimeri biodegradabili da fonti rinnovabili (PLA).
Bibliografia
- Industrial Catalysis, a Practical Approach
J. Hagen
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co
- Principle and Practice of Heterogeneous Catalysis
J. M. Thomas, W. J. Thomas
VCH Verlagsgesellshaft mbH
- Catalytic Chemistry
B. C. Gates
John Wiley & Sons, Inc.
- 'Environmental Catalysis', Ed. by F.J.J.G. Janssen e R.A. Van Santen, Catalytic Science Series - vol. 1 - Imperial College Press 1999
