Effetti di strutturazione di materiali a base di ossidi inorganici di tipo "aerogel-like" per applicazioni nel campo di catalisi e di isolanti ad alta efficienza

La nanotecnolgia rappresenta un approccio innovativo nella produzione industriale, e riflette la generale tendenza alla miniaturizzazione ed alla riduzione di scala che prevale in tutte le discipline tecnologiche. Da qui il crescente interesse nei confronti nei nanomateriali e dei materiali nanostrutturati, per lo sviluppo di nuovi prodotti innovativi e tecnologicamente avanzati, che trovino applicazione in molteplici campi. La presente tesi di dottorato si focalizza sulla strutturazione di nanomateriali a base di ossidi metallici, per applicazione come isolanti termici ad alta efficienza o come fotocatalizzatori per lࢠabbattimento dei contaminanti da acque reflue. Nel campo dellࢠisolamento termico lࢠattenzione àƒ¨ stata focalizzata su Al2O3, che, grazie alle sue uniche proprietàƒÂ  di tessitura, ottenute attraverso una scelta accurata delle condizioni di sintesi, ed allࢠelevata stabilitàƒÂ  termica, àƒ¨ un materiale di forte interesse in questo settore. Lo studio della capacitàƒÂ  di termoisolamento di materiali a base di Al2O3 ha rivelato una diretta dipendenza della diffusivitàƒÂ  e conducibilitàƒÂ  termica dalle caratteristiche di tessitura e di struttura dellࢠossido, e dalle modalitàƒÂ  di agglomerazione. I risultati piàƒ¹ rilevanti riscontrati nellࢠambito di questa parte del lavoro hanno dato chiare indicazioni su come disegnare la strutturazione di un isolante termico: 1. Effetto del tipo di porositàƒÂ  presente (macro vs meso): lࢠaumento del contenuto di macropori determina una diminuzione del valore di conducibilitàƒÂ , ed un aumento di diffusivitàƒÂ , per cui il materiale àƒ¨ un isolante termico; al contrario, la presenza di mesopori favorisce la riduzione di entrambe conducibilitàƒÂ  e diffusivitàƒÂ , per cui il materiale presenta proprietàƒÂ  di termoisolamento ed antifiamma; 2. Effetto del diametro dei mesopori: la modulazione del diametro dei pori a paritàƒÂ  di porositàƒÂ  nella regione meso, non incide sul valore di diffusivitàƒÂ  e conducibilitàƒÂ , con il vantaggio che, aumentando le dimensioni, aumentano anche la resistenza meccanica e la stabilitàƒÂ  termica dellࢠossido; 3. Effetto della morfologia di assemblaggio del materiale: incide pesantemente sul trasferimento dellࢠenergia termica, poichàƒ©, in presenza di un agglomerato hard, la conducibilitàƒÂ  e la diffusivitàƒÂ  aumentano di un ordine di grandezza. Ne consegue che un materiale termoisolante deve avere una struttura mesoporosa ed una morfologia di tipo aggregato soft. àƒ necessario evitare la sinterizzazione massimizzando la stabilitàƒÂ  termica (es. mesopori di ࢠgrandiࢠdimensioni). Lࢠanalisi dei parametri di sintesi ha rilevato degli effetti sui processi di aggregazione nel gel-precursore di aerogel, che indirizzano in modo critico le proprietàƒÂ  di tessitura del prodotto finale. Il lavoro di ottimizzazione di tali parametri ha permesso di realizzare lo scale up del processo su scala industriale, da 200 ml a 25 L. La seconda parte del lavoro di ricerca àƒ¨ stata focalizzata sullࢠabbattimento di contaminanti da percolato di discarica ed acque reflue industriali per via fotocatalitica mediante processi di tipo APO. LࢠAPO, ed in particolare la fotocatalisi con TiO2, si àƒ¨ rivelato un metodo di trattamento di efficiente e versatile, rendendo possibile la decontaminazione di reflui di diversa natura, dalle acque industriali al piàƒ¹ complesso percolato di discarica. Lo studio dei parametri di processo ha evidenziato, infatti, la possibilitàƒÂ  di semplificare il trattamento, a seconda della complessitàƒÂ  del refluo. Mentre nel caso del percolato di discarica àƒ¨ necessario un trattamento con il sistema TiO2/H2O2/UV, in quanto, in virtàƒ¹ del sinergismo H2O2/UV, il contenuto di COD puàƒ² essere portato a livelli sufficientemente bassi da permettere il completamento della decomposizione per via fotocatalitica, il refluo proveniente dallࢠindustria del sughero puàƒ² essere depurato anche in presenza del solo agente ossidante, o per effetto della sola fotocatalisi, in tempi ragionevolmente brevi rispetto a quelli richiesti per la decontaminazione del percolato (8 ore). In entrambi i casi àƒ¨ probabilmente possibile aumentare lࢠefficienza del processo mediante unࢠalimentazione in continuo dellࢠagente ossidante. In particolare, con lࢠapprofondimento dello studio del trattamento delle acque industriali nel prototipo di reattore pilota, e la modellizzazione matematica dellࢠabbattimento dei contaminanti, àƒ¨ stato possibile parametrizzare il processo sulla base delle dimensioni dellࢠimpianto, confermandone la fattibilitàƒÂ  ed applicabilitàƒÂ  su scala industriale.