Catalisi: fondamenti e applicazioni per l'ambiente e l'economia circolare
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento si prefigge di fornire le basi per la comprensione delle trasformazioni chimiche che avvengono con l'ausilio di catalizzatori chimici in fase omogenea ed eterogenea e di catalizzatori biologici (enzimi). A tale scopo, accanto alla descrizione dei concetti teorici della catalisi vengono descritti esempi di importanti processi catalitici reali di interesse ambientale e della chimica industriale.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sarà in grado di acquisire conoscenze cinetiche e molecolari sui processi reattivi che si verificano in presenza di "elementi terzi" (catalizzatori omogenei, enzimatici ed eterogenei) che aumentano la velocità di reazione e migliorano la selettività del processo reattivo. Questi concetti saranno utili per affrontare corsi più avanzati nella chimica industriale.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Periodo
Primo semestre
Programma
Introduzione alla catalisi; Interazioni chimiche e ruolo nella catalisi; Reattività chimica: aspetti cinetici e termodinamici; Superfici di energia potenziale. Relazioni struttura-attività. Relazioni lineari dell'energia di Gibbs. Classificazione dei catalizzatori. Catalisi omogenea, enzimatica ed eterogenea. Catalisi industriale e indicatori di prestazione. Immobilizzazione di catalizzatori omogenei ed enzimatici. Superficie chimica e reattività superficiale. Adsorbimento e isoterme di adsorbimento. Nanocatalisi. Principi di Elettrocatalisi. Principi di Fotocatalisi. Aspetti chimico fisici della preparazione dei catalizzatori. Caratterizzazione chimico-fisica di materiali catalitici. Catalisi acido-base specifica; Catalisi acido-base generale; Solidi acidi e loro caratteristiche. Catalisi redox. Catalisi sostenibile e circolare per la chimica verde. Dinamica e termodinamica dell'ambiente. Catalisi Ambientale. Catalisi per l'abbattimento degli inquinanti a base di azoto. Catalisi per l'abbattimento dei composti organici volatili. Adsorbenti per il trattamento di acque contaminate; esempi di materiali adsorbenti e catalizzatori ottenibili a partire da diversi materiali di scarto.
Prerequisiti
Conoscenza della cinetica chimica, della chimica fisica, della chimica inorganica di base e della chimica organica di base.
Metodi didattici
La didattica si svolgerà attraverso lezioni frontali volte a fornire strumenti di conoscenza e a risolvere problemi legati alle problematiche della reattività chimica e del design di un catalizzatore.
Materiale di riferimento
Alcuni libri di testo sono suggeriti per la consultazione. Tutti i libri di testo sono reperibili dagli studenti attraverso la piattaforma Minerva (https://unimi.primo.exlibrisgroup.com).
Reaction engineering, catalyst preparation, and kinetics, Marchetti, Jorge Mario, 2021
Nanoparticles in catalysis : advances in synthesis and applications Philippot, Karine, editor.; Roucoux, Alain, editor, 2021
Springer Handbook of Advanced Catalyst Characterization Wachs, Israel E., editor.; Bañares, Miguel A., editor. 2023
Molecular heterogeneous catalysis : a conceptual and computational approach Santen, R. A. van (Rutger A.), author.; Neurock, Matthew, author. 2006
Nanoparticles and catalysis, Astruc, D. (Didier), editor. 2008
Environmental catalysis Knözinger, H. Contributor; Weitkamp, J Contributor; Ertl, G Contributor; Knözinger, H. Contributor 1999
Altri libri di testo saranno indicati dal docente al termine di ogni incontro con specifico riferimento agli argomenti trattati.
Periodicamente, ulteriore materiale utile per lo studio potrà essere fornito dal docente sotto forma di slides-dispense.
Reaction engineering, catalyst preparation, and kinetics, Marchetti, Jorge Mario, 2021
Nanoparticles in catalysis : advances in synthesis and applications Philippot, Karine, editor.; Roucoux, Alain, editor, 2021
Springer Handbook of Advanced Catalyst Characterization Wachs, Israel E., editor.; Bañares, Miguel A., editor. 2023
Molecular heterogeneous catalysis : a conceptual and computational approach Santen, R. A. van (Rutger A.), author.; Neurock, Matthew, author. 2006
Nanoparticles and catalysis, Astruc, D. (Didier), editor. 2008
Environmental catalysis Knözinger, H. Contributor; Weitkamp, J Contributor; Ertl, G Contributor; Knözinger, H. Contributor 1999
Altri libri di testo saranno indicati dal docente al termine di ogni incontro con specifico riferimento agli argomenti trattati.
Periodicamente, ulteriore materiale utile per lo studio potrà essere fornito dal docente sotto forma di slides-dispense.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'apprendimento da parte degli studenti sarà verificato con una provale orale finale che riguarderà tutti gli argomenti trattati nel corso. L'esame orale sarà composto da tre parti:
1. Discussione su un argomento a scelta degli studenti: gli studenti presenteranno un argomento a loro scelta tra quelli discussi durante il corso.
2. Discussione su un argomento a scelta degli esaminatori: gli studenti saranno chiamati a rispondere ad un quesito su un argomento selezionato dalla commissione d'esame tra quelli trattati nel corso.
3. Ragionamento critico sul design del catalizzatore: gli studenti dimostreranno abilità di pensiero critico, discutendo con la commissione d'esame i criteri da prendere in considerazione nel design di un catalizzatore per una reazione specifica, scelta dagli esaminatori.
Ogni parte dell'esame ha lo stesso peso nella valutazione finale, contribuendo a un punteggio totale espresso in trentesimi, con ciascuna parte valutata in decimi. I parametri di valutazione includono: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione, competenza nell'impiego del lessico specialistico; capacità di integrare conoscenze e approcci provenienti da discipline diverse nell'affrontare il complesso problema del design dei catalizzatori.
1. Discussione su un argomento a scelta degli studenti: gli studenti presenteranno un argomento a loro scelta tra quelli discussi durante il corso.
2. Discussione su un argomento a scelta degli esaminatori: gli studenti saranno chiamati a rispondere ad un quesito su un argomento selezionato dalla commissione d'esame tra quelli trattati nel corso.
3. Ragionamento critico sul design del catalizzatore: gli studenti dimostreranno abilità di pensiero critico, discutendo con la commissione d'esame i criteri da prendere in considerazione nel design di un catalizzatore per una reazione specifica, scelta dagli esaminatori.
Ogni parte dell'esame ha lo stesso peso nella valutazione finale, contribuendo a un punteggio totale espresso in trentesimi, con ciascuna parte valutata in decimi. I parametri di valutazione includono: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione, competenza nell'impiego del lessico specialistico; capacità di integrare conoscenze e approcci provenienti da discipline diverse nell'affrontare il complesso problema del design dei catalizzatori.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore