Ricerca | Tecnologie Innovative e Sostenibilità

Le attività di ricerca del Laboratorio di Tecnologie Innovative e Sostenibili, si innestano sulle parole chiave: Nanotecnologie, Tecnologie quantistiche e Sostenibilità e si muovono negli ambiti della Catalisi Industriale e di Processo, della “Chimica Green”, della Elettrochimica, della Scienza dei Materiali. Esse riguardano:

• l’Economia Circolare:
• Green Chemistry, Green Energy anche supportata da Elettrochimica

• Produzione di H2 da biomasse e altre fonti (da acqua di mare, metanolo, metano, da materiali di scarto ricchi di cellulosa, da scarti dell’industria dei pannolini, ecc…) ricorrendo a condizioni “mild” di reazioni attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi (supportati su grafene e derivati, MoS2, metalli ossidi, … [RuS2/MoS2, Mo2C/MoO3,NiS/MoS2, NiS/MoS2_G, …]) realizzati tramite processi bottom-up a singolo step ed a basso costo.
• Produzione di “chemicals” (es. passando per il syngas, di metanolo, formaldeide, 2-propanolo, etilene, …) da metano e altre fonti, attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi e selettivi realizzati “ad hoc” (supportati su grafene, MoS2, metalli ossidi; catalizzatori a singolo atomo: Rh, Ru, …).
• Produzione elettrochimica di Syngas da CO2 e H2O attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi (a base di ZnO, AuAg, ….) realizzati tramite processi a basso costo e a singolo step che permettono di controllare le dimensioni del catalizzatore ed hanno una elevatissima riproducibilità dei risultati.

• Valorizzazione di Biomasse

• Produzione di nano-cellulosa (nano-cellulosa da scarti dell’industria della cellulosa, da scarti dell’industria dei pannolini, …), per via chimica (partendo da cellulosa tutte le fasi energeticamente più dispendiose sono superate) e meccanica (attraverso l’utilizzo di mulino a sfera o ultracentrifugo, si ottimizzano i tempi e soprattutto i consumi energetici senza generare acque reflue).
• Produzione di bio-diesel (da scarti ricchi in olio dell’industria alimentare, semi di pomodori, noccioli della lavorazione dei limoni, caffè esausto, scarti della produzione della birra, oli esausti di frittura, fecce da lavorazione di caseifici, …), attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi (auto-disperdenti, supportati su grafene, enzimatici, … [Pt-Ni/NiO/Ni2O3,….]) per via chimica ed elettrochimica (basse temperature e condizioni di processo “mild”).
• Produzione di cere (scarti ricchi in olio dell’industria alimentare come semi di melograno, oli esausti…), attraverso l’impiego di catalizzatori “eco-friendly” innovativi facilmente recuperabili (auto-disperdenti, supportati su grafene e derivati, enzimatici, …) per catalisi enzimatica al fine di ottenere cere con proprietà specifiche (antiossidanti, emollienti…) per i vari settori industriali (cosmetico, farmaceutico…).
• Produzione di bio-lubrificanti per via tradizionale oppure di catalisi enzimatica, da scarti ricchi in olio dell’industria alimentare attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi recuperabili (auto-disperdenti, supportati su grafene e derivati, enzimatici…..) prodotti attraverso processi “ecofriendy” a basso costo e a singolo step.
• Produzione di “platform chemicals” (glucosio, acido levulinico, 5-idrossimetil-furfurolo, …., (depolimerizzazione di biomasse lignocellulosiche, rifiuti in plastica, ...) per via tradizionale oppure di catalisi enzimatica, attraverso l’impiego di catalizzatori innovativi “ad hoc” selettivi verso i prodotti desiderati.

• Trattamenti d’inquinanti ambientali:

• Sistemi di abbattimento di inquinanti in acqua reflue (materiali e sistemi con doppia funzionalità di adsorbenti e catalizzatori (FeCo su grafene, Ag su GO…, per via elettrochimica-deionizzazione capacitiva, enzimatica, wet catalysis oxidation, tradizionale, ..…).
• Sensori per il rilevamento di inquinanti in acque reflue per via elettrochimica che permettono di rilevare sia alte che basse concentrazione di inquinanti attraverso l’impiego di materiali altamente performanti ed innovativi (PtIr, Fe3O4/rGO, ….) realizzati tramite processi a basso costo ed a singolo step.

Il laboratorio è coinvolto in numerosi progetti di ricerca e sviluppo in collaborazione con aziende ed Enti di ricerca, nel seguito alcuni temi specifici che si sono sviluppati e si stanno sviluppando negli ultimi anni:

• Funzionalizzazione di fibre recuperate e/o di semilavorati.
• Realizzazione di elettrodi innovativi strutturali, contenenti fibre di carbonio di riciclo, per supercondensatori e per la produzione di idrogeno dall’acqua (HER).
• Sviluppo di processi innovativi per il riciclo dei componenti di sedute per il trasporto collettivo. Sviluppo di alternative “green” per la realizzazione dei componenti.
• Sviluppo di soluzioni innovative per le strutture portanti di sedute per il trasporto collettivo.
• Pirolisi per la valorizzazione dei fluff di automobili, o per la valorizzazione di oli lubrificanti esausti.
• Pelli multifunzionali (pelli incorporanti diverse famiglie di nanoparticelle (argento come agenti antimicrobici e antibatterici, titania come agenti autopulenti, silice con molecole fluorescenti incorporate (es. fluoresceina, rodamina, etc)).
• Sviluppo di tecnologie per il miglioramento delle prestazioni aerostrutturali: identificazione dei danneggiamenti “health sensing”; sviluppo di tecnologie idrofobiche e antighiaccio per il miglioramento delle prestazioni aerostrutturali (Coating antighiaccio passivi e sistemi antighiaccio attivi con nanoparticelle e leghe a memoria di forma).
• Sviluppo di componenti per celle elettrochimiche mediante Additive Manufacturing;
• Sviluppo ed ottimizzazione di processi di sintesi catalitici di nanotubi di carbonio e carboni nanoporosi e la loro caratterizzazione, per nuove interconnessioni elettriche;
• Sviluppo ed ottimizzazione dei processi di sintesi di nanoparticelle rivestite da catene organiche e di nanoparticelle rivestite di carbonio per via catalitica e loro caratterizzazione;
• Sviluppo ed ottimizzazione dei processi di sintesi di nanomateriali per sensori alimentari e catalisi enzimatica;
• Sviluppo ed ottimizzazione dei processi di sintesi di nanomateriali per sensori nell’ambito biomedicale;
• Sviluppo ed ottimizzazione di processi di sintesi catalitici, chimici e fisici di grafene;
• Processi di sintesi di nanomateriali attraverso approcci ad umido, tecniche di precipitazione e sol-gel: Ru, RuO2, RuS2, Ni, NiO, TiO2, NiS-MoS2, Au/Fe3O4, Rh, etc…;
• Sviluppo e studio di dispositivi basati su nanocarboni e nanomateriali (dosimetri per radiazioni ionizzanti, sensori di temperatura, elettrodi per supercapacitori, …);
• Sviluppo ed ottimizzazione del processo di sintesi di nanofoglietti di MoS2 e WS2;
• Studio dei processi di incorporazione di nanotubi di carbonio all'interno di matrici polimeriche e loro caratterizzazione;
• Processi di sintesi di nanomateriali per lubrificanti innovativi:
• additivazione di nano-materiali a basi lubrificanti (attraverso l’uso di paste realizzate direttamente in oli vegetali esausti con nanomateriali di allumina (Al2O3), titania (TiO2), ossido di rame (CuO), al fine di ottenere prestazioni tribologiche aumentate per applicazioni industriali e automotive).
• additivazione di nano-materiali a basi lubrificanti (attraverso nanocarboni al fine di ottenere prestazioni tribologiche aumentate per applicazioni industriali e automotive) al fine di sostituire gli additivi “Estreme Pressure” di tecnologia corrente basati sulla chimica del boro (B) e dello zolfo (S).
• processi catalitici di rigenerazione (hydrofinishing) di oli lubrificanti esausti.

Altre attività riguardano nanostrutture e aerogeli polimerici, processi sofisticati per la crescita e caratterizzazione di film sottili ed eterostrutture, processi innovativi, nanocompositi a matrice epossidica, nanostrutture 2D, nanocompositi polimerici per il packaging, fluidi magnetoreologici, modellazione multi-scale di nanomateriali, ….

Il Laboratorio vanta diverse facilities:

• Impianti per la produzione di grafene e nanotubi a pressione atmosferica e Tmax=1700°C;
• Impianti per la produzione di grafene e nanotubi a bassa pressione (Moorfield NanoCVD);
• Ultrasonicatori e miscelatore ad alta potenza;
• Sistemi per sputtering e realizzazione film sottili;
• Langmiur-Blodgett KSV NIMA per la deposizione di film sottili;
• Mulino ultracentrifugo Retsch ZM 200;
• Impianti con reattore in pressione ad alta temperatura.

Le strumentazioni a disposizione del laboratorio sono:

• Spettrofotometro UV-Visibile;
• Gascromatografo-spettroscopio di massa (GC-MS);
• Analisi meccanica;
• Abrasimetro di Martindale;
• Calorimetro a cono;
• Analizzatore di composti organici volatili (VOC);
• Analizzatore di TOC/TN (Total Organic Carbon/Total Nitrogen);
• Potenziostati-galvanostati per la caratterizzazione elettrochimica, pila a combustibile con membrana a scambio protonico (PEM);
• Spettrometro di massa elettrochimico differenziale (DEMS);
• Microscopio elettronico a trasmissione (TEM) con X-ray (EDAX) e analisi di diffrazione elettronica (SAED);
• Microscopio elettronico a scansione (SEM) con X-ray (EDAX);
• Termobilancia (TG-DTG) accoppiata con FTIR;
• Spettrometro FTIR;
• Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) per la distribuzione delle dimensioni delle particelle;
• Cromatografo liquido ad alta prestazione (HPLC);
• Misuratore angolo di contatto per misure di bagnabilità e tensione superficiale.

(Collocazione: FSTEC-09P01041)

Responsabile scientifico: Sarno Maria (e-mail: msarno@unisa.it)

Membri del gruppo di ricerca:

• Cirillo Claudia
• Iuliano Mariagrazia
• Adami Renata
• Scarpa Davide
• Di Martino Emanuela Grazia
• Luciano Christopher
• Fierro Francesca
• Gallucci Luca
• Khan Faraz

Al gruppo di lavoro vanno aggiunti 10 borsisti del Centro Interdipartimentale NanoMates