RICERCA ITALIANA     

PROCESSI CATALITICI INNOVATIVI PER L'OSSIDAZIONE E RIDUZIONE SELETTIVA DEL GLICEROLO IN ACQUA: STUDIO DI MECCANISMI E CINETICHE DI REAZIONE PER L'OTTIMIZZAZIONE DEL PROCESSO

Università degli Studi di Palermo

Abstract

Con questo Progetto di Ricerca si intendono sviluppare, seguendo i principi della Chimica Verde e dell’Ingegneria Verde, processi innovativi per la produzione selettiva di specie organiche ad alto valore aggiunto.
La trasformazione selettiva degli alcoli rappresenta un importante metodo di preparazione in chimica organica e i prodotti risultanti (come aldeidi, chetoni, etc.) sono usati estensivamente nell’ambito delle industrie farmaceutiche, della chimica fine e dell’industria delle fibre sintetiche. Nel settore dei processi di trasformazione un’area importante della Chimica Verde è rappresentata dalla scelta degli ambienti nei quali condurre le reazioni chimiche. Infatti, molti solventi usati attualmente sono dannosi e/o volatili e possono contribuire all’inquinamento. La tendenza generale è quindi quella di utilizzare solventi innocui da un punto di vista ambientale.
Sulla base di questi presupposti, il Progetto di Ricerca proposto intende investigare la trasformazione selettiva del glicerolo in acqua per la produzione di intermedi chimici di interesse industriale quali 1,3 propandiolo, 1,3 diidrossiacetone, gliceraldeide e acido glicerico. Si studieranno processi che prevedono l’uso della fotocatalisi eterogenea, dell’elettrocatalisi e della fotoelettrocatalisi accoppiati con un metodo innovativo di separazione quale la pervaporazione. Verranno preparati e caratterizzati fotocatalizzatori semiconduttori nanostrutturati in grado di produrre alte rese >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Vincenzo Augugliaro Università degli Studi di PALERMO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo principale di questo programma di ricerca è lo sviluppo di un processo innovativo in grado di ossidare o ridurre il glicerolo in acqua in condizioni di reazione blande. Il processo è di grande interesse in quanto alcuni degli intermedi di reazione come il diidrossiacetone, l’acido glicerico, l’1,3-propandiolo e la gliceraldeide sono dei potenziali intermedi chimici. Il processo innovativo sarà sviluppato tenendo conto dei principi della Chimica Verde (chimica non dannosa per l’ambiente) e dell’Ingegneria Verde, cioè i processi non useranno o genereranno sostanze dannose ma minimizzeranno l’impatto ambientale associato cercando di ridurre la quantità di energia usata nel processo o useranno l’economica e pulita energia solare. Il processo innovativo sarà un processo catalitico quindi il suo sviluppo terrà conto del (a) catalizzatore; (b) reattore;(c) condizioni operative del processo.
Impiegando i seguenti metodi:
(i) fotocatalisi eterogenea
(ii) elettrocatalisi e
(iii) fotoelettrocatalisi
verrà identificato un processo ottimale in grado di massimizzare la produzione dei prodotti intermedi e allo stesso tempo minimizzare i requisiti energetici.
Per quanto riguarda il catalizzatore, l’obiettivo di questa ricerca è quello di ottenere fotocatalizzatori in grado di trasformare il glicerolo con un’alta resa quantica o sotto irradiazione nel vicino-UV o nel visibile. Inoltre questi fotocatalizzatori ottimali saranno >>>

Risultati parziali attesi

Il risultato atteso più importante di questo programma di ricerca è l’applicazione con successo dei principi della Chimica Verde e dell’Ingegneria Verde per condurre un processo importante in chimica organica cioè la trasformazione selettiva di alcoli a prodotti utilizzabili quali precursori e intermedi per le industrie farmaceutiche, della chimica fine e delle fibre. Il processo innovativo messo in opera per l’espletamento del programma di ricerca, consente di eliminare o ridurre drasticamente i severi problemi ambientali dei metodi tradizionali, generati principalmente dalla produzione di scarichi provenienti dall’uso di metalli pesanti o da quantità stechiometriche di reattivi, oltre alla produzione di sottoprodotti indesiderati.
Specificatamente il processo, la cui realizzazione e caratterizzazione sarà il risultato di questo programma di ricerca, consisterà nell’ossidazione o riduzione selettiva di glicerolo in acqua in condizioni operative blande. L’ossidazione del glicerolo è un processo di interesse industriale in quanto alcuni dei prodotti di ossidazione parziale, come diidrossiacetone, acido glicerico e gliceraldeide sono utilizzati come intermedi chimici. Il processo di riduzione del glicerolo è altresì di grande importanza industriale e consente la produzione di 1,3 propandiolo un materiale di base per l’industria delle fibre.
Per la realizzazione del processo della trasformazione selettiva di glicerolo in acqua saranno impiegati i seguenti metodi >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’aumento della coscienza ambientalista nel mondo ha determinato uno stimolo forte per chimici ed ingegneri chimici a sviluppare nuovi prodotti, processi e servizi per raggiungere i desiderati obiettivi sociali, economici ed ambientali. Le aree della Chimica Verde (chimica non dannosa per l'ambiente)e dell’Ingegneria Verde, sviluppate in questi ultimi anni, rappresentano le risposte della comunità scientifica a questa sfida. La Chimica Verde utilizza una serie di principi seguendo i quali si riduce o elimina l’uso o la generazione di sostanze pericolose e si progettano e usano processi economicamente sostenibili che riducono e prevengono la generazione dell’inquinamento alla fonte minimizzando in questo modo il rischio per la salute umana e l’ambiente. Insieme all’uso e alla produzione di prodotti chimici migliori con minori quantità di scarichi la sfida coinvolge altre problematiche associate all’impatto ambientale, come la riduzione della quantità di energia usata nei processi chimici [1-3].
Un’area importante della chimica verde è rappresentata dalla scelta degli ambienti di reazione nei quali condurre trasformazioni di sintesi. Infatti, molti solventi usati attualmente sono dannosi e le sostanze volatili possono contribuire all’inquinamento. La tendenza generale è quindi quella di utilizzare solventi innocui da un punto di vista ambientale.
L’ossidazione selettiva degli alcoli rappresenta un importante metodo di preparazione in chimica organica e i >>>