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PROGRAMMA DI RICERCA 2004
italiano - english
Unità di Ricerca
- Università degli Studi di MESSINA
CHIMICA INDUSTRIALE ED INGEGNERIA DEI MATERIALI
MESSINA(ME) - Università della CALABRIA
INGEGNERIA CHIMICA E DEI MATERIALI
ARCAVACATA DI RENDE(CS) - Università "Cà Foscari" di VENEZIA
CHIMICA
VENEZIA(VE) - Università degli Studi di BOLOGNA
CHIMICA INDUSTRIALE E DEI MATERIALI
BOLOGNA(BO) - Università degli Studi di TORINO
CHIMICA I.F.M.
TORINO(TO)
Programmi di ricerca simili:
- 1 - Sintesi diretta di H2O2 e suo uso integrato in sistemi nanoconfinati
- 2 - Ingegnerizzazione e sviluppo di catalizzatori molecolari o nanostrutturati e strategie sintetiche sostenibili (alta selettività e resa) per la produzione di sistemi molecolari complessi da unità semplici ed eco-compatibili.
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- 10 - Attivazione ossidativa di molecole organiche attraverso nuovi processi catalitici e fotocatalitici
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze chimiche
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- CHEMISTRY; METALLURGY
- INORGANIC CHEMISTRY (processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products C04B35/00; fermentation or enzyme-using processes for the preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide C12P3/00; obtaining metal compounds from mixtures, e.g. ores, which are intermediate compounds in a metallurgical process for obtaining a free metal C21B, C22B; production of non-metallic elements or inorganic compounds by electrolysis or electrophoresis C25B)
- NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; [N: METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C] [C9510]
- ORGANIC CHEMISTRY (such compounds as the oxides, sulfides, or oxysulfides of carbon, cyanogen, phosgene, hydrocyanic acid or salts thereof C01; products obtained from layered base-exchange silicates by ion-exchange with organic compounds such as ammonium, phosphonium or sulfonium compounds or by intercalation of organic compounds C01B33/44; macromolecular compounds C08; dyes C09; fermentation products C12; fermentation or enzyme-using processes to synthesise a desired chemical compound or composition or to separate optical isomers from a racemic mixture C12P; production of organic compounds by electrolysis or electrophoresis C25B3/00, C25B7/00)
- ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- INORGANIC CHEMISTRY (processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products C04B35/00; fermentation or enzyme-using processes for the preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide C12P3/00; obtaining metal compounds from mixtures, e.g. ores, which are intermediate compounds in a metallurgical process for obtaining a free metal C21B, C22B; production of non-metallic elements or inorganic compounds by electrolysis or electrophoresis C25B)
Classificazione geografica
- Regione: Sicilia
Bibliografia
1. P.T. Anastas, J.C. Warner, Green Chemistry : Theory and Practice, Oxford University Press : New York NY, 19982. P. Tundo, P.T. Anastas, Green Chemistry: Challenging Perspectives, Oxford Univ. Press: New NY, 1999
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4. G. Centi, S. Perathoner, Encyclopedia of Catalysis, I.T. Horváth (Chief Editor), J. Wiley & Sons Pub. New York. Selective Oxidation - Section E (Industrial Processes and Relevant Engineering Issues).
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11. S. Abate, G. Centi, S. Melada, S. Perathoner, F. Pinna, G. Strukul, Synthesis of H2O2 from H2/O2: Role of the Oxidation State of Palladium on the Formation and Decomposition of H2O2, 13th International Congress on Catalysis, Paris, July 2004.
12. S. Abate, G. Centi, S. Melada, S. Perathoner, F. Pinna, G. Strukul, Preparation, Performances and Reaction Mechanism of Catalytic Membranes for the Synthesis of H2O2 from H2 and O2, 6th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, July, 2004, Lahnstein/Germany.
13. Centi, S. Perathoner, Remediation of Water Contamination Using Catalytic Technologies, Appl. Catal. B: Env. 41(1-2) (2003) 15-29.
14. C. Buitrago, G. Centi, A. Lodolo, S. Miertus, Compendium of waste water treatment and water purification technologies, ICS-UNIDO Pub.: Trieste (2002). pp. 164 + VII.
15. G. Centi, S. Perathoner, G. Romeo, Fe/MFI as a new heterogeneous Fenton-type catalyst in the treatment of wastewater from agroindustrial processes, Studies in Surface Science and Catal., 135 (2001) 5156-5163.
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17. G. Centi, P. Ciambelli, S. Perathoner, P. Russo, Environmental Catalysis: trends and outlook, Catal. Today, 75 (2002) 3-15.
18. P. Fejes, K. Lázár, I. Marsi, A. Rockenbauer, L. Korecz, J. B. Nagy, S. Perathoner, G. Centi, Isomorphously substituted Fe-ZSM-5 zeolites as catalysts. Causes of catalyst ageing as revealed by X-band EPR, Mössbauer and 29Si MAS NMR spectra. Appl. Catal. A: General, 252(1) (2003) 75-90.
19. S. Perathoner, F. Pino, G. Centi, G. Giordano, A. Katovic, and J. B.Nagy, Topics in Catalysis, 23(1-4) (2003) 125-136.
20. (a) G. Strukul (Ed.), Catalytic Oxidations with Hydrogen Peroxide as Oxidant, Kluwer, Dordrecht 1992. (b) C. W. Jones, Applications of Hydrogen Peroxide and Derivatives, Royal Society of Chemistry, Cambridge 1999. (c) R.A. Sheldon, J.K. Kochi, "Metal-catalyzed Oxidations of Organic Compounds";, Academic Press, New York, 1981
21. P. Arpentinier, F. Cavani, F. Trifirò "The Technology of Catalytic Oxidations", Ed. Technip, Paris, 2001.
22. N. Ballarini, F. Cavani, M. Ferrari, R. Catani, U. Cornaro,J. Catal., 213 (2003) 95.
Parole Chiave
CATALISI ETEROGENEA; H2O2 SINTESI; EPOSSIDAZIONE; PD; OSSIDAZIONE TOTALE CATALITICA CON H2O2; PROCESSI ECO-COMPATIBILINuovi processi catalitici eco-sostenibili basati sulla sintesi di H2O2 da H2/O2 e suo uso integrato in processi di ossidazione selettiva e depurazione di emissioni.
Università degli Studi di MessinaAbstract
H2O2 è un reattivo ideale per processi sostenibili, ma il suo uso industriale è inibito dall'alto costo dell'H2O2 a causa del carattere di monopolio del suo mercato (sono necessari impianti molto grandi per la sua sintesi secondo il processo commerciale via alchilantrachinone). La sintesi diretta da H2/O2 con catalizzatori a base di Pd permette di abbassare potenzialmente alla metà il costo dell'H2O2 rendendo economicamente fattibili vari processi sia nel campo dell'ossidazione selettiva (ad es., epossidazione di alcheni) che della depurazione di emissioni liquide. Gli svantaggi principali della sintesi diretta di H2O2 da H2/ O2 sono collegati a problemi di sicurezza del processo e di selettività della sintesi.In un progetto europeo (NEOPS, contratto G5RD-CT2002-00678) che si concluderà in coincidenza con l'eventuale inizio della presente proposta (il contratto è stato coordinato dallo stesso coordinatore di questa) è stato studiato l'uso di reattori con membrane catalitiche per evitare i rischi della reazione, in quanto i flussi di H2 ed O2 risultavano fisicamente separati. I risultati sono stati abbastanza promettenti, ma un problema chiave, ancora da risolvere, è connesso alla necessità di migliorare la selettività (riguardo ad H2) nella sintesi di H2O2.
Le prove sperimentali hanno indicato che lo stato di ossidazione e le caratteristiche delle particelle del Pd sono fattori importanti, ma il miglioramento della selettivit >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Gabriele CENTI Università degli Studi di MESSINAObiettivo del Programma di Ricerca
H2O2 è un reattivo ideale per processi sostenibili, ma il suo uso in molte applicazioni industriale è inibito o fortemente ridotto dall'alto costo dell'H2O2 a causa del carattere di monopolio del suo mercato (sono necessari impianti molto grandi per la sua sintesi secondo il processo commerciale via alchilantrachinone). La sintesi diretta da H2/O2 con catalizzatori a base di Pd permette di abbassare potenzialmente alla metà il costo dell'H2O2 rendendo economicamente fattibili vari processi sia nel campo dell'ossidazione selettiva (ad es., epossidazione di alcheni) che della depurazione di emissioni liquide, con conseguente riduzione significativa dell'impatto ambientale di questi processi. Gli svantaggi principali della sintesi diretta di H2O2 da H2/ O2 sono collegati a problemi di sicurezza del processo e di selettività della sintesi.In un progetto europeo (NEOPS, contratto G5RD-CT2002-00678) che si concluderà in coincidenza con l'eventuale inizio della presente proposta, ovvero per la fine del 2004 (il contratto è stato coordinato dallo stesso coordinatore di questa proposta ed vi hanno partecipato varie aziende, comprese due italiane: EniTecnologie e Polimeri Europa), è stato studiato l'uso di reattori con membrane catalitiche per evitare i rischi della reazione, in quanto i flussi di H2 ed O2 risultavano fisicamente separati.
I risultati sono stati abbastanza promettenti, ma un problema chiave, ancora da risolvere, è connesso alla >>>
Risultati parziali attesi
Risultati parziali attesi e criteri di verificabilità .FASE I (1 anno).
Task 1.1 Preparazione dei catalizzatori.
Sintesi e caratterizzazione della prima serie di catalizzatori mono- e bimetallici a base di Pd supportato per la sintesi diretta di H2O2.
Criteri di verificabilità: Preparazione e caratteristiche di almeno 6 catalizzatori nella quantità 1-5 g.
Task 1.2 Caratterizzazione dei catalizzatori.
Caratterizzazione avanzata dei catalizzatori per la sintesi diretta di H2O2 con varie tecniche chimico-fisiche.
Criteri di verificabilità: Risultati sperimentali di caratterizzazione con varie tecniche chimico-fisiche di almeno 3 catalizzatori preparati nella task 1.1.
Task 1.3 Valutazione del comportamento catalitico.
Studio del comportamento catalitico, e screening dei catalizzatori per la sintesi diretta di H2O2 in apparati da laboratorio.
Criteri di verificabilità: Screening e ranking del comportamento di almeno 5 catalizzatori nella sintesi diretta di H2O2 e/o decomposizione dell'H2O2 preparati nella task 1.1.
Task 2.1 Sintesi dei catalizzatori.
Sintesi della prima serie di catalizzatori per le due sotto-linee di attività indicate nella task 2.3.
Criteri di verificabilità: Preparazione (quantità 1-5 g) e caratteristiche di almeno 4 catalizzatori per ognuna delle due sotto linee di attivit >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
H2O2 e la Chimica SostenibileUltimamente l'attenzione crescente sulla qualità ambientale ha aumentato l'interesse nello sviluppo di soluzioni innovative per ridurre l'impatto della produzione chimica a livelli sostenibili dall'ambiente. In letteratura è riportata un'ampia documentazione su questi aspetti [1,2] ed l'indicazione di chimica "verde", "eco-efficiente" o "sostenibile" è oggi comune. Tuttavia, si può notare che spesso l'impatto effettivo sull'ambiente dei problemi investigati è marginale o vi sono severi problemi economici che inibiscono l'applicazione effettiva della tecnologia.
Un esempio è la questione dell' H2O2. Il suo uso come reagente pulito e sicuro è rivendicato in tutti I libri di chimica sostenibile, ma l'H2O2 trova limitata applicazione industriale nei processi chimici a causa dei suoi costi [3-5]. L'utilizzo più estensivo dell'H2O2 come reagente per una chimica sostenibile richiede di sviluppare una nuova tecnologia a basso costo di produzione di H2O2 che possa essere applicata sia a processi su piccola che larga scala.
Sintesi dell'H2O2
Le tecnologia esistente per la produzione di H2O2 è basata sulla coppia redox antra-chinone/idrossichinone: l'ossidazione con aria dell'antraidrossichinone forma H2O2 ed antrachinone, quest'ultimo idrogenato nuovamente ad idrossichinone e riciclato.
In conseguenza degli alti costi di questo processo [6[, l'H2O2 non può essere impiegato in >>>
