Heterogeneous catalysis
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
The course aims to illustrate the heterogeneous catalysis in all its different aspects. Catalysts and catalytic processes for the industrial and for environmental remediation processes, including photocatalysis, will be described. Basic information on the design, preparation methods, bulk and surface catalyst properties, and development of industrial catalysts and catalytic processes will be illustrated.
Risultati apprendimento attesi
At the end of the course, students will be able to understand the role of heterogeneous solids in given reactions, to know the main techniques suitable for characterize the surface and bulk properties of heterogeneous catalysts and to know the main surface reaction mechanisms by making laboratory tests. From the several illustrated case history, the students should grow a positive vision on the importance of heterogeneous catalysis in the industrial and environmental processes.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Definizione di catalizzatore e reazione catalitica. Concetti di attività, selettività, produttività e resa di un catalizzatore. Cinetica e passaggi elementari: diffusione, adsorbimento, reazione chimica e desorbimento. Azione catalitica limitata dalla diffusione esterna ed interna. Sviluppo di catalizzatori industriali: metodi di progettazione e preparazione (operazioni unitarie per la preparazione di catalizzatori sfusi e supportati, inclusa la forma del catalizzatore); materiali catalitici (fase attiva, supporti e promotori). Determinazione delle proprietà del catalizzatore in massa e sulla superficie mediante tecniche spettroscopiche, di analisi termica, chimiche e basate sui raggi X. Invecchiamento dei catalizzatori: disattivazione, avvelenamento e azioni per la rigenerazione dei catalizzatori esauriti.
Fotocatalisi e fotocatalizzatore: concetti e applicazioni in diverse reazioni per la produzione di energia e per il disinquinamento ambientale.
Case histories: applicazioni di catalizzatori nel campo della risoluzione di problemi ambientali e della chimica sostenibile.
Esperienze pratiche: operazioni per la preparazione di catalizzatori solidi; determinazione dell'area superficiale specifica e della porosità mediante adsorbimento di azoto; determinazione di numerose proprietà catalitiche con metodi spettroscopici, termici e microscopici; esecuzione di reazioni catalitiche e fotocatalitiche in reattori batch e continui.
Fotocatalisi e fotocatalizzatore: concetti e applicazioni in diverse reazioni per la produzione di energia e per il disinquinamento ambientale.
Case histories: applicazioni di catalizzatori nel campo della risoluzione di problemi ambientali e della chimica sostenibile.
Esperienze pratiche: operazioni per la preparazione di catalizzatori solidi; determinazione dell'area superficiale specifica e della porosità mediante adsorbimento di azoto; determinazione di numerose proprietà catalitiche con metodi spettroscopici, termici e microscopici; esecuzione di reazioni catalitiche e fotocatalitiche in reattori batch e continui.
Prerequisiti
Conoscenza dei concetti base di termodinamica e cinetica.
Le nozioni termodinamiche e cinetiche che devono essere acquisite dagli studenti sono previste negli insegnamenti fondamentali di "Chimica Fisica I" e "Laboratorio di Chimica Fisica" del Corso di Laurea Triennale in Chimica Industriale o in insegnamenti simili di altri corsi di laurea scientifici.
Le nozioni termodinamiche e cinetiche che devono essere acquisite dagli studenti sono previste negli insegnamenti fondamentali di "Chimica Fisica I" e "Laboratorio di Chimica Fisica" del Corso di Laurea Triennale in Chimica Industriale o in insegnamenti simili di altri corsi di laurea scientifici.
Metodi didattici
Le lezioni sono suddivise in due Moduli (A e B), ciascuno da 2,5 CFU: 24 ore di lezioni frontali.
La metodologia didattica prevede sia lezioni frontali classiche che illustrazioni in forma di case histories di alcuni tra gli articoli più importanti apparsi negli ultimi anni nella letteratura scientifica specifica.
Le esperienze (1 CFU: 16 ore) verranno svolte in laboratorio; verranno inoltre effettuate visite a specifici laboratori fisico-chimici.
La metodologia didattica prevede sia lezioni frontali classiche che illustrazioni in forma di case histories di alcuni tra gli articoli più importanti apparsi negli ultimi anni nella letteratura scientifica specifica.
Le esperienze (1 CFU: 16 ore) verranno svolte in laboratorio; verranno inoltre effettuate visite a specifici laboratori fisico-chimici.
Materiale di riferimento
J.M. Thomas, W.J. Thomas, Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH, Weinheim, 1997 (ISBN 3-527-29239-X);
R.A. Sheldon, I. Arends, U. Hanefeld, Green Chemistry and Catalysis Wiley-VCH, Weinheim, 2007 (ISBN: 978-3-527-30715-9);
G. Rothenberg, Catalysis. Concepts and Green Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2008 (ISBN: 978-3-527-31824-7).
R.A. Sheldon, I. Arends, U. Hanefeld, Green Chemistry and Catalysis Wiley-VCH, Weinheim, 2007 (ISBN: 978-3-527-30715-9);
G. Rothenberg, Catalysis. Concepts and Green Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2008 (ISBN: 978-3-527-31824-7).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La prova orale verterà su tutti gli argomenti trattati in aula e in laboratorio dai due docenti.
Durante l'esame, gli studenti devono dimostrare di saper trattare con buona padronanza qualsiasi argomento della catalisi eterogenea, tra quelli trattati durante il corso, e di sostenere una discussione con i docenti su determinati aspetti catalitici.
Sarà possibile discutere articoli su argomenti particolari a scelta dello studente.
La votazione finale dell'esame è espressa in trentesimi.
Durante l'esame, gli studenti devono dimostrare di saper trattare con buona padronanza qualsiasi argomento della catalisi eterogenea, tra quelli trattati durante il corso, e di sostenere una discussione con i docenti su determinati aspetti catalitici.
Sarà possibile discutere articoli su argomenti particolari a scelta dello studente.
La votazione finale dell'esame è espressa in trentesimi.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docenti:
Chiarello Gian Luca, Gervasini Antonella
Turni:
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Tutti i giorni previo appuntamento
Ricevimento:
Su richiesta via e-mail
Stanza R25S Piano rialzato, corpo B del Dipartimento di Chimica