Alessandro Allegri

Le tesi proposte sono orientate a introdurre studentesse e studenti alle metodologie della ricerca sperimentale in chimica industriale, con particolare attenzione allo sviluppo di processi e materiali per la transizione verso sistemi produttivi a minore impatto ambientale.

Un elemento trasversale a tutte le attività di ricerca riguarda l’integrazione tra approccio sperimentale tradizionale e strumenti statistici avanzati, in particolare:

• experimental design (Design of Experiments, DoE) per l’ottimizzazione sistematica delle condizioni di reazione e dei parametri di processo;

• analisi dei dati e strumenti di machine learning per l’interpretazione dei risultati sperimentali, la modellizzazione dei sistemi catalitici e l’identificazione di correlazioni tra proprietà dei materiali e prestazioni catalitiche.

Questa integrazione consente alle studentesse e agli studenti di acquisire competenze utili sia nel contesto della ricerca accademica sia in ambito industriale, dove l’uso di metodi quantitativi e data-driven è sempre più rilevante nello sviluppo di nuovi processi chimici.

Le attività di tesi prevedono generalmente una combinazione di:

• sintesi e caratterizzazione di materiali;

• test catalitici e studio delle prestazioni di processo;

• analisi dei dati sperimentali;

• discussione critica dei risultati nel contesto della letteratura scientifica.

Di seguito sono riportate alcune delle principali linee di ricerca disponibili per tesi di laurea.

Catalizzatori a base di nanoparticelle inorganiche per l’ossidazione dell’HMF a FDCA

Questa linea di ricerca riguarda lo sviluppo di catalizzatori nanostrutturati per la trasformazione di molecole derivate da biomassa. In particolare, viene studiata l’ossidazione del 5-idrossimetilfurfurale (HMF) a acido 2,5-furandicarbossilico (FDCA), una molecola di grande interesse industriale in quanto potenziale alternativa bio-based all’acido tereftalico nella produzione di polimeri sostenibili.

Le attività di tesi possono includere:

• sintesi di catalizzatori basati su nanoparticelle metalliche o ossidi inorganici;

• caratterizzazione dei materiali mediante tecniche di analisi strutturale e superficiale;

• studio dell’attività catalitica e della selettività di processo;

• analisi dei parametri che influenzano l’efficienza della trasformazione.

Riduzione e amminazione catalitica di molecole bio-based tramite hydrogen transfer

Questa linea di ricerca si concentra sulla valorizzazione di piattaforme molecolari derivate da biomassa, come il furfurale, attraverso processi di riduzione e amminazione catalitica.

Particolare attenzione è rivolta ai processi di hydrogen transfer (transfer hydrogenation) che utilizzano alcoli come donatori di idrogeno, evitando l’impiego diretto di idrogeno molecolare e contribuendo allo sviluppo di processi più sicuri e sostenibili.

Le attività di ricerca possono includere:

• sviluppo e studio di catalizzatori eterogenei;

• confronto tra reattori batch e sistemi in continuo;

• analisi delle condizioni operative e della selettività verso diversi prodotti;

• studio dei meccanismi di reazione.

Sintesi di materiali compositi nanostrutturati mediante spray-freeze drying

Questa attività di ricerca è sviluppata in collaborazione con il CNR-ISSMC (Istituto di Scienza, Tecnologia e Sostenibilità per lo Sviluppo dei Materiali Ceramici) di Faenza.

L’obiettivo è la progettazione e la sintesi di materiali compositi nanostrutturati mediante la tecnica di spray-freeze drying, un metodo avanzato che consente di ottenere strutture porose con elevata area superficiale e morfologia controllata.

Le attività di tesi possono riguardare:

• preparazione di materiali compositi a base di ossidi o supporti ceramici;

• studio della struttura e della porosità dei materiali ottenuti;

• valutazione delle loro prestazioni in applicazioni catalitiche.

Questa linea di ricerca permette alle studentesse e agli studenti di entrare in contatto con tecniche avanzate di sintesi dei materiali e con attività di ricerca interdisciplinari.

Pirolisi delle biomasse per la produzione di biochar ad alta area superficiale

Questa linea di ricerca è dedicata allo studio della conversione termochimica delle biomasse attraverso processi di pirolisi, con particolare attenzione all’uso di riscaldamento a microonde o di impianti continui.

L’obiettivo è la produzione di biochar ad alta area superficiale, materiali carboniosi porosi che possono essere utilizzati per diverse applicazioni, tra cui:

• stoccaggio di idrogeno (H₂);

• cattura e stoccaggio della CO₂;

• utilizzo come supporto per catalizzatori.

Le attività di tesi possono comprendere:

• studio delle condizioni di pirolisi e dei parametri di processo;

• caratterizzazione strutturale e superficiale dei biochar prodotti;

• valutazione delle loro proprietà di adsorbimento o del loro impiego come supporti catalitici.

Mineralizzazione della CO₂ in scarti industriali

Questa linea di ricerca si inserisce nel contesto delle tecnologie di carbon capture and utilization (CCU).

L’obiettivo è studiare la mineralizzazione della CO₂ attraverso la sua reazione con scarti industriali ricchi di specie minerali reattive, con formazione di carbonati stabili.

Le attività di tesi possono includere:

• studio della reattività di diversi materiali di scarto industriale;

• ottimizzazione delle condizioni di reazione;

• valutazione del potenziale di sequestro della CO₂.

Questa attività consente di approfondire temi legati alla gestione sostenibile dei rifiuti industriali e alla mitigazione delle emissioni di gas serra.

Processi fotocatalitici per la produzione di molecole di interesse industriale

Un’ulteriore linea di ricerca riguarda lo sviluppo di processi fotocatalitici, in cui l’energia luminosa viene utilizzata per promuovere trasformazioni chimiche.

L’obiettivo è progettare materiali fotocatalitici e sistemi di reazione in grado di convertire molecole semplici o derivanti da biomassa in prodotti di maggiore valore aggiunto.

Le attività di tesi possono includere:

• sintesi e caratterizzazione di materiali fotocatalitici;

• studio delle prestazioni in reazioni fotoindotte;

• analisi dei parametri che influenzano efficienza e selettività dei processi.

Nel complesso, le attività di tesi proposte mirano a offrire alle studentesse e agli studenti l’opportunità di confrontarsi con problematiche scientifiche e tecnologiche attuali, sviluppando competenze sperimentali, capacità di analisi critica dei dati e familiarità con approcci interdisciplinari alla chimica industriale sostenibile.