66291 - CHIMICA SOSTENIBILE

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Imprese innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili Lotta contro il cambiamento climatico

Anno Accademico 2020/2021

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa riconoscere la struttura e le proprietà dei principali inquinanti e il loro destino nell'ambiente, in termini di ripartizione nei comparti ambientali e di principali reazioni di degradazione. Lo studente conosce e sa utilizzare i principi e gli strumenti della chimica sostenibile, alcuni fondamentali aspetti normativi(REACH), i principi e gli esempi di progettazione di sostanze alternative. Conosce inoltre le modalità per la produzione e l'uso sostenibile delle sostanze chimiche e delle fonti di materie prime ed energia, con particolare rilievo per le fonti rinnovabili. Lo studente ha familiarità con alcune tecniche sperimentali della chimica sostenibile attraverso esercitazioni in laboratorio.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della chimica organica, sia per quanto riguarda gli aspetti sintetici che delle relazioni struttura-proprietà. Deve possedere conoscenze basilari di chimica-fisica e conoscenze elementari di biologia e biochimica. Deve avere familiarità con le tecniche basilari di laboratorio analitiche e preparative.

Programma:

L'insegnamento si articola in due Moduli didattici.

Modulo 1

 Valutazione dei parametri strutturali che regolano l'interazione delle molecole organiche con l'ambiente: ripartizione di sostanze organiche fra i diversi comparti ambientali.

Il concetto di persistenza e la valutazione del tempo di vita di un composto organico nell'ambiente. Reazioni di degradazione di composti organici nell’ambiente: reazioni di ossidazione, riduzione ed idrolisi abiotiche e promosse da microorganismi.

Fonti e destino ambientale delle principali classi di inquinanti organici: idrocarburi alifatici ed aromatici, alogenuri alchilici ed aromatici, tensioattivi e pesticidi

Esempi di inquinamento da composti organici ed effetti sull'ambiente: diminuzione dell’ozono stratosferico, smog fotochimico, effetto serra, incidente industriale di Seveso.

Esercitazioni in laboratorio su sintesi e materiali della Green Chemistry

Modulo 2

 Quadro storico della nascita e crescita della Chimica sostenibile. I 12 principi della chimica sostenibile. Obiettivi e strumenti della green chemistry. Il "Presidential green chemistry challenge award": sessioni e vincitori. Green metrics: i concetti di "Atom economy" "Environmental factor" ed altri parametri per misurare la sostenibilità delle reazioni chimiche. Cenno a LCA ed altre metodologie di valutazione.

La normativa REACH e le sue implicazioni; il Chemical Safety Report; i processi di Registrazione; Valutazione, Autorizzazione e Messa al bando; Substances of Very High Concern; altri quadri normativi.

Materiali di partenza da fonti rinnovabili per l'industria chimica. Il concetto di bioraffineria. Carboidrati come materiali per per l'industria chimica. Trasformazione tramite processi fermentativi e processi chimici. Lipidi come materiali per per l'industria chimica. Polimeri da fonti rinnovabili. Bioplastiche.

Produzione e utilizzo di Bio-based platform chemicals: acido lattico, acido 3-idrossipropanoico, acidi succinico e fumarico, acido levulinico, 5-idrossimetil furfurale. Platform chemicals da sostanze lipidiche.

Prodotti innovativi della chimica sostenibile. Esempi di prodotti innovativi di successo nel campo delle vernici, degli anti-incrostanti, dei chelanti, dei surfattanti, dei pesticidi.

Metodologie di sintesi e reagenti per la chimica sostenibile. Esempi di sintesi “green” innovative.

Solventi alternativi per la chimica sostenibile. Reazioni solventless. Le classi di solventi green: acqua, liquidi ionici e sistemi-solvente correlati, sistemi bifasici con solventi fluorurati, fluidi supercritici.

Fonti energetiche chimiche alternative: Biomassa, Bioetanolo, Biodiesel, Biogas; Celle a combustibile, Idrogeno.

 

Testi/Bibliografia

Lo studio si baserà fondamentalmente sul materiale didattico, distribuito dai docenti e reso disponibile su IoL, e sugli appunti di lezione.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

  • Clark, James H., Macquarrie, Duncan J “Handbook of green chemistry & technology” Blackwell Science, 2002.
  • Sheldon, Roger Arthur “Green chemistry and catalysis”
  • Bührke, Thomas, Wengenmayr, Roland “Renewable energy : sustainable energy concepts for the future” Wiley VHC.
  • Peter Wasserscheid and Annegret Stark, “Ionic Liquids” Wiley VHC.
  • Andrew P. Dicks, “Green Organic Chemistry in Lecture and Laboratory” CRC Press.
  • Pietro Tundo, Alvise Perosa, Fulvio Zecchini, “Methods and reagents for green chemistry : an introduction”.
  • Colin Baird, Chimica Ambientale, Zanichelli
  • S. E. Manahan, Chimica dell'ambiente, Piccin
  • B. Rindone, Introduzione alla Chimica Ambientale, Città Studi Edizioni
  • R. P. Schwarzenbach, P.M. Gschwend, D. I. Imboden, Environmental Organic Chemistry, Wiley Interscience
  • R. A. Larson, E. J. Weber, Reaction mechanisms in environmental organic chemistry, Lewis Publishers

Metodi didattici

Lezioni frontali con videoproiezione e discussione.

Esercitazioni pratiche in laboratorio.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene sia attraverso l’esame finale che la valutazione delle relazioni dell’attività di laboratorio prodotte dallo studente.

La valutazione delle relazioni di laboratorio mira ad accertare sia l’acquisizione della familiarità con le tecniche apprese, che la capacità di elaborare criticamente i dati ottenuti. La valutazione delle relazioni influisce sul punteggio finale ed è propedeutica all’esame finale.

L’esame finale è unico ed accerterà la preparazione dello studente sugli aspetti relativi ad entrambi i moduli. L’esame consiste in una discussione orale degli argomenti appresi in entrambi i moduli didattici. Saranno formulate domande su alcuni dei principali argomenti svolti in entrambi i moduli che lo studente svilupperà in modo dialettico coi docenti.

La durata della prova orale è mediamente di 45 minuti.

Il voto finale viene attribuito sulla base della valutazione sia della prova orale congiunta che delle relazioni di laboratorio.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore. Strumenti multimediali.

Strumentazione del Laboratorio di Chimica organica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Emilio Tagliavini

Consulta il sito web di Paola Galletti