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.

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.

Metodi per la caratterizzazione dell'attività, della selettività e della stabilità dei catalizzatori. Reazioni in fase liquida o gassosa. Screening fine di catalizzatori. Gestione di impianti pilota da laboratorio, nel rispetto della normativa ambientali e di sicurezza. Tecniche per l'analisi dei prodotti di reazione e bilanci di materia.

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici.

Per eventuali approfondimenti

- D. Sanfilippo Ed., The catalytic process from laboratory to the industrial plant, Marasci, Milano, 1994.

- M. Baerns Ed. “Basic Principles in Applied Catalysis”, Springer, 2004.

- C. H. Bartholomew, R. J. Farrauto ”Industrial Catalytic Processes”, Wiley, New Jersey, 2006.

- G. Rothenberg “Catalysis – Concepts and Green Applications”, Wiley-VCH, Weiheim, 2008.

- J.K. Nørskov, F. Studt, F. Abild-Pedersen, T. Bligaard, Fundamental Concepts in Heterogeneous Catalysis, John Wiley & Sons, Inc, 2014

Il materiale didattico presentato in queste occasioni è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico on the application https://virtuale.unibo.it/

 

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

• Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

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.
  
• Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Fornasari