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UNITA' DI RICERCA
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Bibliografia
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Programma di ricerca
Nuovi catalizzatori redox per nuove tecnologie reattoristicheUniversità di riferimento
Università degli Studi di BOLOGNA - CHIMICA INDUSTRIALE E DEI MATERIALI - BOLOGNA(BO)Responsabile dell'Unità di ricerca
Fabrizio CAVANIDescrizione
Il programma di ricerca sarà dedicato allo studio della reattività di catalizzatori eterogenei a base di ossidi misti di metalli di transizione e di post-transizione, e di ossidi metallici supportati, per la reazione di deidrogenazione ossidativa di alcani leggeri ad olefine. Lo studio verrà principalmente dedicato alle reazioni di trasformazione ossidativa del propano, poichè, oltre ad essere il processo di maggiore interesse industriale, costituisce una reazione modello utile per lo studio delle proprietà redox dei catalizzatori. Una parte del lavoro sarà anche dedicata allo studio della deidrogenazione di alcani C4, per potere realizzare un confronto delle tecnologie reattoristiche utilizzate presso la unità di Bologna e quella di Napoli.I materiali catalitici verranno preparati e caratterizzati dalle altre unità operative coinvolte nel progetto. In specifico, quindi, il ruolo della unità operativa di Bologna sarà lo studio della reattività dei catalizzatori in condizioni di redox-decoupling (con alternanza degli stadi di riduzione e riossidazione) per la reazione di deidrogenazione ossidativa di alcani leggeri alle corrispondenti olefine. La reattività in condizioni di co-alimentazione verrà invece studiata sia dalla unità di Bologna, che dalla unità di Napoli, che da quella di Milano (reattore di tipo honeycomb).
In particolare, verrà effettuato lo studio dei seguenti effetti e/o parametri operativi:
1) effetto del tempo di riduzione sulla conversione istantanea e sulla distribuzione dei prodotti;
2) effetto del tempo di riduzione sulle caratteristiche del catalizzatore, e correlazione tra caratteristiche e prestazioni catalitiche istantanee;
3) verifica del tipo di meccanismo coinvolto in funzione del tempo di riduzione; in particolare, verifica delle seguenti ipotesi di meccanismo (i) deidrogenazione ossidativa, (ii) deidrogenazione catalitica, o (iii) deidrogenazione con combustione dell'idrogeno, in funzione delle condizioni di riduzione;
4) studio dei principali parametri operativi per la riduzione, cioè tempo di contatto e temperatura;
5) studio della reazione di riossidazione (secondo stadio del meccanismo redox);
6) studio della reversibilità del processo redox (ripetizione cicli).
L'integrazione con le altre unità coinvolte nel progetto sarà così impostata:
1) L'Unità di Napoli (Santacesaria) fornirà i catalizzatori per le prove di reattività, preparati mediante tecnologie innovative di grafting. La tecnica utilizzata dovrebbe permettere di ottenere specie attive altamente disperse sul supporto, e quindi di conseguire catalizzatori in grado di soddisfare al requisito di "site-isolation", condizione necessaria per la minimizzazione delle reazioni consecutive di combustione sull'olefina. La stessa unità si occuperà inoltre della caratterizzazione dei sistemi suddetti. L'unità realizzerà anche prove con tecnologia tradizionale di co-alimentazione, i cui risultati verranno confrontati con la tecnologia reattoristica di Bologna, al fine di evidenziare eventuali vantaggi conseguibili con l'utilizzo di flussi alternati.
2) L'Unità di Milano (Forni) fornirà campioni selezionati, preparati con la tecnica innovativa di idrolisi alla fiamma. La tecnica permette di realizzare sintesi di ossidi misti aventi caratteristiche di elevate sinergia tra i diversi componenti introdotti. La stessa unità si occuperà inoltre della caratterizzazione dei sistemi suddetti, e realizzerà prove anche con reattori di tipo honeycomb, i cui risultati verranno confrontati con quelli conseguiti con le altre tecnologie reattoristiche.
3) L'Unità di Genova (Capannelli) realizzerà prove con reattori a membrana, utilizzando catalizzatori aventi composizione simile a quelli utilizzati con tecnologia di co-alimentazione e di chemical-loop con flusso alternato. I risultati conseguiti con le diverse tecnologie verranno quindi confrontati.
4) L'Unità di Torino (Garrone) caratterizzerà i catalizzatori mediante tecniche spettroscopiche di indagine superficiale, di adsorbimento e desorbimento di molecole sonda. Di particolare importanza sarà, ai fini del progetto, la comprensione delle modifiche superficiali indotte ai catalizzatori soggetti a condizioni cicliche, con alternanza di ambiente ossidante e riducente.
