66178 - CHIMICA DELLA CATALISI M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di valutare e gestire processi catalitici. Ha competenze sui processi catalitici eterogenei, omogenei ed enzimatici, in particolare focalizzate sulla preparazione, e applicazioni di catalizzatori eterogenei, e sulla cinetica chimica per le principali reazioni. Inoltre, ha competenze sulla caratterizzazione di materiali catalitici e sui principi dell'adsorbimento, sulle principali tecniche di caratterizzazione e sui meccanismi elettronici e molecolari della catalisi, acquisite attraverso la conoscenza dei fenomeni legati al chemisorbimento e delle proprietà elettroniche dei solidi, in particolare della loro superficie.

Programma/Contenuti

Prerequisiti: nozioni di termodinamica e cinetica chimica, reattività delle principali classi di composti organici, proprietà degli elementi di transizione, proprietà acido-base, nozioni dei metodi di precipitazione.

  • Fondamenti di catalisi. Adsorbimento chimico e fisico. Chemisorbimento dissociativo e molecolare.
  • Richiami sull'impacchettamento degli atomi nei solidi (cenni sugli indici di Miller). Trasformazioni superficiali.
  • Proprietà elettroniche dei solidi e delle loro superfici: bande di energia, band gap, metalli, semiconduttori.
  • Metalli di transizione: proprietà elettroniche e scala di attività. Vulcano plot. Esempi. Chemisorbimento negli ossidi e reattività.  
  • Tecniche chimico-fisiche di caratterizzazione (strutturali e superficiali) di catalizzatori eterogenei. Determinazione area superficiale e distribuzione della porosità. Isoterme di adsorbimento e desorbimento. Tecniche di chemisorbimento. Determinazione dei siti attivi superficiali e dispersione.
  • Diffrazione a raggi X. Generazione di raggi X. Scattering e interferenza. Legge di Bragg. Piani reticolari associati ai riflessi.
  • Adsorbimento e teoria di Langmuir. Cinetica chimica: principali caratteristiche e classi di reazioni (semplici, all'equilibrio, parallele e consecutive). Reazioni "structure sensitive" e ruolo delle caratteristiche del catalizzatore. Teoria di Langmuir-Hinshelwood e relative deviazioni.
  • Chimica verde o sostenibile,  concetti di efficenza di processo, tecnologia integrata ed  utilizzazione atomica. Confronto fra processi stechiometrici e processi catalitici. Esempi di processi alternativi ad elevata efficienza e compatibilità ambientale.
  • Metodi per la caratterizzazione dell'attività, della selettività e della stabilità dei catalizzatori. Reazioni in fase liquida o gassosa. Gestione di impianti pilota da laboratorio, nel rispetto della normativa ambientali e di sicurezza. Tecniche per l'analisi dei prodotti di reazione e bilanci di materia.

Testi/Bibliografia

1)   M.V. Twigg, Catalysis Handbook, Wolfe, London (1989)

2)   J.T. Richardson, Principles of Catalyst Development, Plenum Press, New York, 1989.

3)   D. Sanfilippo (Ed.), The catalytic process from laboratory to the industrial plant, Marasci, Milano, 1994.

4) B. Imelik, J.C. Vedrine, Les Techniques Physiques d'Etude des Catalyseurs, Ed. Technip, Paris, 1988.

Metodi didattici

  • Il corso é diviso in due moduli: il primo focalizzato su aspetti fondamentali della catalisi ed il secondo sulla caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei.
  • Lezioni frontali, con l'utilizzo di numerosi esempi pratici e di specifici esercizi illustrativi.
  • Il materiale è disponibile preliminarmente per gli studenti, in forma cartacea o come copia su CD.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Tipo di verifica: la verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova finale, finalizzata all'accertamento dell'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese.

Il colloquio vuole valutare la comprensione, le capacità critiche e metodologiche maturate e l'elaborazione personale attuata dallo studente delle tematiche trattate. Particolarmente valutate positivamente saranno l'autonomia e la padronanza espressiva, nonchè la capacità di giustificare ed argomentare le scelte effettuate.

La prova finale si articola in una prova orale sull'intero programma di entrambi i moduli, che di solito non possono essere scissi in momenti di verifica separati fra di loro.

Modalità di svolgimento: la prova orale è suddivisa in due parti, che di norma devono essere sostenute nello stesso momento:

a) la prima parte consiste in un colloquio sugli argomenti del primo modulo relativi agli aspetti fondamentali della catalisi;

b) la seconda parte consiste in un colloquio sugli argomenti dell'altro modulo relativi alla caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei.

Il voto finale, espresso in trentesimi, risulta dalla media degli esiti delle due parti.

Strumenti a supporto della didattica

  • Il materiale del corso é disponibile preliminarmente per gli studenti in forma cartacea e in versione elettronica.
  • I testi utilizzati per preparare le lezioni sono disponibili presso la Biblioteca del Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari" di Bologna
  • Ulteriori dati e/o informazioni possono essere ottenuti consultando le Banche Dati di Ateneo anche attraverso la rete wireless

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Fornasari

Consulta il sito web di Angelo Vaccari