RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Nuovi catalizzatori redox per nuove tecnologie reattoristiche

Università di riferimento

Università degli Studi di GENOVA - CHIMICA E CHIMICA INDUSTRIALE - GENOVA(GE)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Gustavo CAPANNELLI

Descrizione

L'unità di ricerca (UR) di Genova, preparerà e caratterizzerà membrane ceramiche con attività catalitica da utilizzare come nuovi reattori catalitici nelle reazioni di deidrogenazione ossidativa. La ricerca sarà mirata allo studio delle membrane prodotte, applicate a reazioni modello come la deidrogenazione ossidativa (ODH) del propano e dell'etilbenzene.
Come accennato nella parte precedente (2.4) il reattore a membrana, per le sue caratteristiche, risulta particolarmente utile per l'ottimizzazione e lo sviluppo industriale di processi di catalisi eterogenea ed in particolare per quelli in cui è necessario controllare la stechiometria dei reagenti nella zona di reazione. Tale controllo permette di limitare l'evolversi delle reazioni consecutive e quindi ottenere alte selettività anche a conversioni industrialmente interessanti. Le reazioni di deidrogenazione ossidativa di paraffine leggere e del toluene rientrano pienamente in tale problematica, da qui l'interesse di estendere l'uso dei reattori a membrana a questi processi. Purtroppo allo stato attuale non esistono membrane con le caratteristiche ottimizzate per lo studio di queste reazioni. Ne segue che esiste la necessità di sviluppare nuove membrane caratterizzate da uno strato poroso di materiale idoneo e da una intima dispersione del catalizzatore all'interno della stessa.
Presso questa UR si cercherà di preparare membrane ceramiche innovative da sviluppare come reattori catalitici a membrana (CMR), depositando film sottili mesoporosi a base di sistemi misti di gamma-Al2O3 e TiO2 con tecniche sol-gel su supporti macroporosi a base di alfa-Al2O3 o di altri materiali ceramici oppure su honeycomb cordieritici forniti dall'UR Milano. I supporti porosi saranno opportunamente selezionati attraverso la caratterizzazione morfologica, la valutazione della permeabilità ai gas e l'analisi porosimetrica. Parte di tali supporti macroporosi ceramici saranno anche inviati all'UR di Milano per prove di deposizione sviluppate da questa unità. I film sottili saranno ottenuti utilizzando sol-gel stabili costituiti da miscele di sol di gamma-Al2O3 e TiO2 in modo da ottenere film micro e meso porosi a spessore variabile caratterizzati da una intima dispersione (nanodispersione) dei due ossidi, con conseguenti vantaggi sia dal punto di vista della stabilità termica (forma anatase stabile sino a 650°C) che dell'attività catalitica. La possibilità di ottenere film mesoporosi a base di TiO2 in forma anatase stabile anche ad alta temperatura potrebbe infatti influenzare positivamente reazioni di deidrogenazione ossidativa oggetto del presente progetto di ricerca. Per la deposizione dei film saranno utilizzate tecniche di dip-coating già sviluppate in precedenza dalla nostra UR per la formazione di strati sottili mesoporosi.
Le membrane ceramiche così sviluppate saranno caratterizzate attraverso le misure di porosità (area superficiale e porosità, dimensione e distribuzione dei pori), misure di permeabilità ai gas (meccanismo di trasporto di massa), caratterizzazione morfologica e strutturale (spessore ed omogeneità del film depositato, adesione del film al supporto macroporoso e penetrazione dell'ossido misto all'interno del supporto stesso)
La deposizione della fase catalitica (a base di Vanadio) verrà effettuata attraverso tecniche sviluppate da altre UR (Bologna, Napoli). Sarà così possibile confrontare l'effetto delle diverse tecniche di deposizione sulla distribuzione e dispersione della fase catalitica e, ovviamente sulla prestazione delle membrane.
Le membrane catalitiche preparate dalla nostra UR saranno distribuite alle UR di Milano e Torino per ulteriori prove di caratterizzazione e alle Ur di Bologna e Napoli per le prove comparative di attività catalitica.
Questa UR, usando le apparecchiature e strumenti disponibili (vedi parte 2.6 e il sito web dell'UR, www.chimica.unige.it/membrane/index.htm) collaborerà in modo continuo e sinergico con le altre UO per meglio caratterizzare vari tipi di supporti e catalizzatori sviluppati all'interno del progetto.
Come accennato all'inizio di questa parte, le prove di attività catalitica saranno focalizzate sullo studio di reazioni catalitiche di ODH delle paraffine leggere (propano)e della deidrogenazione ossidativa dell'etilbenzene. Le prove saranno saranno condotte su una unità appositamente realizzata per operare in condizioni stazionarie ed isoterme. Saranno studiate anche le membrane sviluppate dall'UR di Milano (honeycomb cordieritici). I risultati ottenuti dai vari tipi di reattori catalitici a membrana saranno confrontati con quelli di tradizionali reattori a letto impaccato e utilizzati per l'attività di modellazione.