SCIENZE E TECNOLOGIE DELLA CATALISI

Obiettivi formativi

L’obiettivo principale del corso, svolto in modalità di lezioni frontali, è quello di fornire i principi base della catalisi eterogenea e della reattività gas-solido. Si prefigge inoltre di fornire un approccio metodologico integrato e ragionato che correli aspetti di struttura e reattività di specie chimiche con aspetti di cinetica e termodinamica delle reazioni. I risultati attesi riguardano: 1. la comprensione dei fenomeni della catalisi eterogenea mediante un approccio multidisciplinare. Lo studente potrà apprendere i principali metodi di preparazione e di caratterizzazione dei catalizzatori (di bulk e di superficie), i meccanismi di reazione sulla superficie (adsorbimento dei reagenti, reazioni di superficie, desorbimento dei prodotti) e alcune applicazioni della catalisi eterogenea di interesse industriale ed ambientale, affrontando anche le problematiche connesse alla sicurezza. 2. l’applicazione di un approccio multidisciplinare mediante analisi di esempi tratti dalla letteratura relativa al mondo della ricerca o al mondo dell’industria. Lo studente applicherà anche nozioni teoriche di base acquisite in precedenza nei vari corsi di Chimica Generale, Chimica Inorganica e Chimica Fisica per l’interpretazione dei fenomeni catalitici e saprà valutare quali-quantitativamente: - i principali parametri cinetici che descrivono l’attività di un catalizzatore in termini di attività e selettività, con particolare attenzione ai possibili effetti del trasporto di massa, - i principali parametri morfologici e chimico-fisici del catalizzatore (composizione, struttura, dispersione) da cui dipende la prestazione catalitica. 3. lo sviluppo di capacità di interpretazione di dati sperimentali e di risultati presenti nella letteratura scientifica. 4. lo sviluppo della capacità di comunicare in modo sintetico e con padronanza espressiva le conoscenze acquisite mediante un colloquio orale. 5. l’abilità di giustificare ed argomentare le scelte effettuate, predisponendosi così ad affrontare studi successivi con un alto grado di autonomia.

Canale 1
DANIELA PIETROGIACOMI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Principi generali della catalisi eterogenea. Passi di una reazione catalitica: adsorbimento, reazione di superficie, desorbimento. Flusso di gas (teoria cinetica). Atomi per unità di superficie, atomi di bulk. Sticking probability. Fattore sterico, Copertura. Fattore esponenziale. Velocità di adsorbimento e desorbimento. Calore di adsorbimento. Isoterme di adsorbimento (Langmuir, Freundlich, Temkin). Adsorbimento fisico e chimico. Eterogeneità superficiale. Meccanismi di reazione (Langmuir-Hinshelwood e Eley-Rideal). Passi elementari di una reazione catalitica. Centri attivi e Rate Determining Step. (12 ore di lezione frontale) Esempi di reazioni catalizzate. Attività catalitica e selettività. Decomposizione acido formico (Principio di Sabatier). Idrogenazione di alcheni con deuterio (Meccanismo di Horiuty-Polanyi). Fattore geometrico. Esempi di “Volcano-plot”. Network della reazione di idrogenazione di alchini. Fattori cinetici e termodinamici che determinano la selettività. Correlazione struttura elettronica-attività catalitica. Decomposizione di N2O su ossidi: correlazione attività-proprietà di semi-conduzione, ruolo del sito isolato, ruolo della matrice. (12 ore di lezione frontale) Preparazione di catalizzatori. Principali supporti e relativi metodi di preparazione: precipitazione, co-precipitazione, sol-gel. Catalizzatori supportati e relativi metodi di preparazione: confronto tra impregnazione (dry e wet) e equilibrium adsorption. Preparazione catalizzatori CoOx/ZrO2. Cenni sulle soluzioni solide di ioni di metalli di transizione. Zeoliti: metodo dello scambio ionico e della deposizione chimica di vapori (CVD, chemical vapour deposition). (8 ore di lezione frontale) Caratterizzazione dei catalizzatori. Riduzione a temperatura programmata (TPR). Proprietà acido-base di Bronsted e di Lewis dei siti di superficie. Caratterizzazione spettroscopica di superficie mediante FTIR con molecole spia. Caratterizzazione di zeoliti: struttura e reattività di superficie di matrici e campioni scambiati con ioni di metalli di transizione. (8 ore di lezione frontale) Catalisi ambientale. Abbattimento di N2O. Abbattimento di NOx: marmitta catalitica e reazione SCR con ammoniaca su VOx/TiO2 o con idrocarburi zeoliti scambiate con metalli di transizione. Problema della selettività. (8 ore di lezione frontale)
Prerequisiti
Conoscenze di base di Chimica Generale, Chimica Inorganica e Chimica Fisica
Testi di riferimento
Dispense fornite dal docente e copia delle diapositive proiettate a lezione. S.J. Thomson and G. Webb, “Heterogeneous Catalysis”, Oliver & Boyd, Edinburgh and London 1968 M. Boudart and G- DJéga-Mariadassou, "Kinetic of heterogeneous Catalytic Reactions”, Princeton University Press 1984 - J.M. Thomas, W.J. Thomas, “Principle and Practice of Heterogeneous Catalysis”, VCH 1997 - Chemisorption, Hayward and Trapnell, Butterworths Ed., 1964
Modalità insegnamento
lezioni frontali con l'ausilio di slides
Frequenza
consigliata
Modalità di esame
colloquio orale volto a valutare il raggiungimento degli obiettivi previsti
Modalità di erogazione
lezioni frontali con l'ausilio di slides
DANIELA PIETROGIACOMI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Principi generali della catalisi eterogenea. Passi di una reazione catalitica: adsorbimento, reazione di superficie, desorbimento. Flusso di gas (teoria cinetica). Atomi per unità di superficie, atomi di bulk. Sticking probability. Fattore sterico, Copertura. Fattore esponenziale. Velocità di adsorbimento e desorbimento. Calore di adsorbimento. Isoterme di adsorbimento (Langmuir, Freundlich, Temkin). Adsorbimento fisico e chimico. Eterogeneità superficiale. Meccanismi di reazione (Langmuir-Hinshelwood e Eley-Rideal). Passi elementari di una reazione catalitica. Centri attivi e Rate Determining Step. (12 ore di lezione frontale) Esempi di reazioni catalizzate. Attività catalitica e selettività. Decomposizione acido formico (Principio di Sabatier). Idrogenazione di alcheni con deuterio (Meccanismo di Horiuty-Polanyi). Fattore geometrico. Esempi di “Volcano-plot”. Network della reazione di idrogenazione di alchini. Fattori cinetici e termodinamici che determinano la selettività. Correlazione struttura elettronica-attività catalitica. Decomposizione di N2O su ossidi: correlazione attività-proprietà di semi-conduzione, ruolo del sito isolato, ruolo della matrice. (12 ore di lezione frontale) Preparazione di catalizzatori. Principali supporti e relativi metodi di preparazione: precipitazione, co-precipitazione, sol-gel. Catalizzatori supportati e relativi metodi di preparazione: confronto tra impregnazione (dry e wet) e equilibrium adsorption. Preparazione catalizzatori CoOx/ZrO2. Cenni sulle soluzioni solide di ioni di metalli di transizione. Zeoliti: metodo dello scambio ionico e della deposizione chimica di vapori (CVD, chemical vapour deposition). (8 ore di lezione frontale) Caratterizzazione dei catalizzatori. Riduzione a temperatura programmata (TPR). Proprietà acido-base di Bronsted e di Lewis dei siti di superficie. Caratterizzazione spettroscopica di superficie mediante FTIR con molecole spia. Caratterizzazione di zeoliti: struttura e reattività di superficie di matrici e campioni scambiati con ioni di metalli di transizione. (8 ore di lezione frontale) Catalisi ambientale. Abbattimento di N2O. Abbattimento di NOx: marmitta catalitica e reazione SCR con ammoniaca su VOx/TiO2 o con idrocarburi zeoliti scambiate con metalli di transizione. Problema della selettività. (8 ore di lezione frontale)
Prerequisiti
Conoscenze di base di Chimica Generale, Chimica Inorganica e Chimica Fisica
Testi di riferimento
Dispense fornite dal docente e copia delle diapositive proiettate a lezione. S.J. Thomson and G. Webb, “Heterogeneous Catalysis”, Oliver & Boyd, Edinburgh and London 1968 M. Boudart and G- DJéga-Mariadassou, "Kinetic of heterogeneous Catalytic Reactions”, Princeton University Press 1984 - J.M. Thomas, W.J. Thomas, “Principle and Practice of Heterogeneous Catalysis”, VCH 1997 - Chemisorption, Hayward and Trapnell, Butterworths Ed., 1964
Modalità insegnamento
lezioni frontali con l'ausilio di slides
Frequenza
consigliata
Modalità di esame
colloquio orale volto a valutare il raggiungimento degli obiettivi previsti
Modalità di erogazione
lezioni frontali con l'ausilio di slides
  • Codice insegnamento1020331
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoChimica
  • CurriculumInorganico - Chimico-Fisico
  • Anno2º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDCHIM/03
  • CFU6