B5001 - CHIMICA DELLA CATALISI

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.

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.

Contenuti:

• 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.
• Principali metodi per la preparazione di catalizzatori o supporti. Catalizzatori in massa: fusione, precipitazione, sol-gel. Supportazione:ruolo del supporto, wet e incipient wetness impregnation, scambio ionico, precipitazione. Operazioni unitarie per l'ottenimento del catalizzatore finale.
• Scale up: metodologie dallo screening iniziale del catalizzatore all'impianto dimostrativo.
  
• 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.

Testi/Bibliografia

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici.

Per eventuali approfondimenti

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.

Il materiale didattico presentato in queste occasioni è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico.

Metodi didattici

Metodi didattici

• Lezioni frontali: spiegazione che si avvale di presentazioni in Powerpoint e videoproiezione e con grafica di supporto realizzata alla lavagna, con l'utilizzo di numerosi esempi pratici e di specifici esercizi illustrativi.
• La frequenza a lezione è fortemente consigliata al fine di rendere più efficace e veloce il processo di apprendimento, mentre non costituisce elemento di valutazione.

Modalità di verifica e valutazione 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.

Modalità di svolgimento: la prova orale consiste in un colloquio sugli argomenti relativi agli aspetti fondamentali della catalisi e relativi alla caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei.

La votazione in trentesimi è scalata da 18, prova sufficiente ma con evidenti lacune di conoscenza, a 30, prova eccellente con preparazione completa e capacità di affrontare contestualmente argomenti di varie aree tematiche, la lode richiede approfondimenti individuali.

Strumenti a supporto della didattica

• Materiale didattico: le attività si avvalgono anche di supporti quali presentazioni in Powerpoint e videoproiezione; il materiale didattico presentato in queste occasioni è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico.
• 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 Patricia Benito Martin

Consulta il sito web di Fabrizio Cavani