RICERCA ITALIANA     

Processi chimici realizzati in presenza di campo elettromagnetico per una Chimica Sostenibile

Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Abstract

Attualmente gli obiettivi prioritari per la chimica moderna sono lo studio e la realizzazione di processi e prodotti sicuri nel rispetto dell’ambiente. Nuove tecnologie e metodi per una chimica "sostenibile" sono in continua evoluzione. In questo contesto l'irraggiamento di microonde alla frequenza ISM di 2.45GHz rappresenta un’importante fonte di energia non convenzionale valida per applicazioni di ricerca sia in ambito accademico che industriale.
Con questo progetto si intende procedere all'individuazione ed alla stima dei vantaggi conseguibili con l’irraggiamento con microonde in particolari ambiente di reazione, o in un processo di trasformazione, che siano di interesse ampio in ambito industriale. Si intende verificare l'applicabilità del riscaldamento dielettrico alla frequenza delle microonde in processi di sintesi e di trasformazione di intermedi di reazione per processi di interesse per la chimica farmaceutica, dei polimeri e dei cosmetici. Tale obiettivo verrà perseguito mediante esperimenti di sintesi mirati in cavità a microonde sia chiuse che aperte, sia commerciali che autocostruite. Infatti per il successo di tali esperimenti dovranno messi a punto applicatori/reattori ad alte prestazioni in termini di ottimizzazione del trasferimento di energia, o in termini di miglioramento del processo.
Caratteristica particolarmente importante del progetto qui presentato, assieme alla ottimizzazione dell'irraggiamento a microonde in >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Anna CORRADI Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'impiego dell'irraggiamento a microonde nelle reazioni chimiche ha acquistato una sempre maggior diffusione a livello internazionale a seguito dell'aumentata disponibilità di reattori a microonde dedicati alla sintesi chimica ed ad un'evoluzione costruttiva nella direzione della misura e controllo di variabili di processo fondamentali, quali pressione e temperatura. E' stato scoperto che le microonde non solo accelerano le reazioni cui partecipano molecole organiche, ma offrono tutta una serie di vantaggi, dalla selettività alla particolare adattabilità alle reazioni senza solvente.
L'obiettivo del programma di ricerca è quindi quello di voler fornire un'ampia analisi sulle possibili reazioni favorite dalle microonde, vale a dire sotto l'irraggiamento di qualche centinaio di watt alla frequenza di 2.45 GHz. Gli ambiti nei quali si svolgeranno le ricerche sperimentali, realizzate sia con applicatori commerciali che con applicatori dedicati ed autocostruiti, sono la sintesi di composti organici di interesse in diversi settori applicativi (cosmetici, chimica farmaceutica, industria dei profumi, oleochimica, industria dei polimeri).
Più in dettaglio ci si dedicherà allo studio di reazioni ossidoriduttive, di ciclizzazione,di condensazione ecc., sotto l'irraggiamento di microonde, sviluppando nuove strategie per la produzione di composti chimici d’interesse accademico e industriale, sia in campo cosmetico che farmaceutico, attraverso procedure "verdi" >>>

Risultati parziali attesi

In questa fase ci si attende l'individuazione di diverse metodiche di sintesi e reticolazione (reattivi puri, reattivi su supporto inorganico, reattivi con PTC, polimeri additivati e non) che siano praticabili sotto l'irraggiamentoa microonde e che diano risulati migliori dei rispettivi trattamenti convenzionali in termini di tempo, resa e selettività.Dopo la sperimentazione concertate delle unità opereative coinvolte in questa fase, si ritiene possibile la classificazione dei comuni supporti inorganici per solvent-free reactions in funzione della loro attività sotto l'irraggiamento di microonde.La preparazione di nuovi supporti e di nuovi catalizzatori sarà un altro risultato di tipo sperimentale. Nell'ambito della preparazione del Biodisel si proverà ad indicare catalizzatori adatti per sintesi industriale ed in continuo.Misure di proprietà dielettriche, simulaizoni di campi elettromagnetici e controllo dei parametri di processo saranno le basi su cui commentare le interazioni microonde/materia e sui quali progettare nuovi applicatori.Come risultato di questa fase di ricerca ci si attende un serie di modelli interpretativi dei meccanismi di reazione e delle interazioni microonde/materia a livello sia microscopico che atomico.Da questa fase ci si attende una nuova metodologia di sintesi di materiali mesoporosi sotto l'irraggiamento di microonde ed un controllo on line del processo di sintesi stessaCome risultato di questa attività ci si attende la messa a punto di una >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le microonde nella sintesi chimica
La sintesi a microonde sta rapidamente diventando una nuova metodologia alternativa al riscaldamento convenzionale (su piastra elettrica o in bagno d'olio) sia nel settore della riceca scientifica che nei processi industriali farmaceutici e biomedicali.
Le microonde (300 MHz to 1 THz ) possiedono caratteristiche non riscontrabili nei processi convenzionali, quali: a) radiazione penetrante; b) distribuzione del campo elettrico controllabile; c) rapidità e selettività (nei materiali) del riscaldamento; d) reazioni autolimitanti. Tali caratteristiche distribuite, sia singolarmente che in combinazione, offrono opportunità e benefici non ottenibili dal riscaldamento e dai metodi di trasformazione convenzionali e alternativi per il processo di un gran numero di materiali (gomme, polimeri, ceramici, compositi, cementi, rifiuti e prodotti chimici). Per quanto riguarda il settore della sintesi chimica si possono elencare alcuni vantaggi ed opportunità che questa tecnologia sta dimostrando di poter offrire:
- reazioni più rapide, che permettono una maggiore produttività;
- temperature di processo più basse, che offrono potenziali risparmi energetici;
- eliminazione del solvente, che permette una “chimica pulita” (è una metodica particolarmente adatta alle microonde per il tipo di interazione materia-microonde);
- sintesi di prodotti non ottenibili con metodi tradizionali di riscaldamento,
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