L'attività scientifica è rivolta verso
l'analisi di alcune problematiche e tecnologie innovative
dell'industria di processo. L'approccio al problema è sia
sperimentale, con la riproduzione in laboratorio dei processi di
interesse e la realizzazione dei relativi impianti in scala, che
teorico attraverso la individuazione e la risoluzione dei relativi
modelli matematici. Alcuni dei risultati ottenuti nel corso delle
ricerche sono stati pubblicati su riviste internazionali ed hanno
trovato applicazione pratica nella realtà
industriale.
I principali campi di ricerca investigati sono:
- Progetto ed analisi di reattori fotochimici e
fotocatalitici.
- Trasporto di energia raggiante in mezzi continui.
- Modellazione di particolari processi produttivi nell'industria
microelettronica.
- Diffusione di materia in una matrice polimerica.
- Fenomeni di trasporto in processi a membrana
(pervaporazione e dialisi).
- Vetrificazione in situ di terreni altamente contaminati.
- Intensificazione di processo tramite integrazione di processi
diversi.
- Sintesi verde per via fotocatalitica nella chimica fine.
- Processi di ossidazione avanzati per la depurazione di acque in
diversi settori quali i sistemi di acquacoltura a ricircolo.
- Ozonizzazione fotocatalitica con controllo dei bromati.
La fotocatalisi negli ultimi anni ha visto uno sviluppo notevole
in virtù delle diverse importanti ed interessanti utilizzazioni
possibili. Infatti i semiconduttori, quali il biossido di titanio,
una volta illuminati possono essere impiegati per rimuovere da
correnti acquose o gassose diversi contaminanti organici anche
recalcitranti ad una degradazione biologica, per mantenere pulite e
sterili superfici solide, per evitare l'appannamento di vetri, per
evitare lo sviluppo di biofouling. La fotocatalisi appare come
obiettivo prioritario nei programmi di ricerca di diversi enti ed
organizzazioni proprio per l'importanza delle possibili
realizzazioni. In tutte queste applicazioni l'ingegnerizzazione
risulta fondamentale per superare alcuni dei limiti pratici propri
di questa tecnologia, in particolare per raggiungere velocità
di rimozione degli inquinanti sufficientemente elevate, e rendere
gli apparati od i materiali stessi ed il loro utilizzo efficienti.
Alcuni studi fondamentali hanno riguardato i meccanismi attraverso
cui la fotocatalisi agisce con particolare attenzione alla cinetica
di reazione che costituisce la base per l'ottimizzazione dei
processi. Di fatto la cinetica dipende da diversi fattori ed oltre
ad alcuni fattori comuni ad altri sistemi reagenti, quali la
concentrazione dei reagenti, sono stati considerati anche altri
più specifici come la velocità locale di assorbimento di
fotoni, la cui determinazione è molto complessa. Il trasporto di
energia raggiante all'interno dei mezzi reagenti, da cui dipende la
distribuzione dell'intensità luminosa che attiva la reazione
fotocatalitica, è stata oggetto di studi approfonditi al fine di
sfruttare al massimo l'energia ed arrivare alla progettazione
ottimale di reattori fotocatalitici. In altri studi sono stati
individuati i meccanismi che accoppiano fotocatalisi ad altri
processi, che vengono fatti avvenire contemporaneamente in un
processo "integrato" e determinano una sinergia tra i singoli
processi con un aumento della resa di oltre due volte. Le
attività in corso nella fotocatalisi riguardano: Integrazione
con altri processi (ad esempio processi di separazione a membrana e
processi di degradazione biologica) al fine di arrivare ad una
"intensificazione del processo". Definizione di metodi per la
misura e la certificazione dell'attività fotocatalitica di
innovativi materiali fotocatalitici (argomento di forte interesse
per l'industria che sempre più si sta interessando alla
fotocatalisi e presenta nuovi materiali). Studio dell'utilizzo di
fotocatalizzatori in film od in sospensione ed analisi dei fenomeni
di trasporto in film ed in "slurry". Determinazione delle
proprietà ottiche e di trasporto all'interno di film
fotocatalitici. Modellazione e previsione del trasporto di energia
raggiante in reattori fotocatalitici. Analisi cinetica di reazioni fotocatalitiche con la valutazione della velocità di assorbimento dei fotoni, la validazione di modelli cinetici e la stima dei relativi parametri cinetici. Gli argomenti trattati nel
corso delle ricerche riguardanti l'industria alimentare sono stati
il miglioramento dei processi e l'innovazione dei prodotti in
alcuni settori quali l'industria dello zucchero e la
birrificazione. Ad esempio nella produzione di birra di castagne
sono stati considerati la resa in saccarificazione dell'amido
presente nelle castagne, le modalità di filtrazione del
mosto, il miglioramento degli apparati "whirlpool" per la
separazione dei coaguli, l'influenza delle proprietà
dell'acqua e le tecnologie più adatte al loro miglioramento e
l'utilizzo di enzimi selezionati da utilizzare su matrici amidacee
diverse. Diversi sono stati i fattori presi in esame che agiscono
sulla qualità del prodotto, che è stata valutata anche
attraverso tecniche analitiche innovative. Alcuni studi innovativi
sugli argomenti riguardanti la birrificazione sono tuttora in corso
ad esempio per l'ottenimento di birre dietetiche prive di glutine.
Nell'industria dello zucchero l'analisi ha riguardato
l'introduzione di tecnologie innovative di separazione (in
particolare processi a membrana) nella linea produttiva. I
risultati sperimentali ottenuto hanno dimostrato l'efficacia di
queste tecniche sia sui costi, sia sulle qualità del
prodotto. L'osmosi inversa si è rivelata in grado di ridurre le
quantità di acqua e di energia da utilizzare nella fase di
estrazione dello zucchero dalle bietole e quindi nella
concentrazione del succo. L'osmosi inversa è stata applicata con
successo anche a valle della separazione cromatografica per il
recupero di composti di valore dalle melasse. è stata studiata la
fattibilità della vetrificazione in situ di terreni
contaminati. Un approfondito studio ha riguardato tutte le
problematiche relative all'utilizzo di questa tecnologia di
distruzione od inertizzazione di composti altamente inquinanti,
persistenti e pericolosi. Un impianto pilota trasportabile per un
trattamento "in situ" del terreno è stato messo a punto ed ha
dimostrato di essere estremamente efficace per l'eliminazione
dell'inquinamento determinato da diversi composti tossici e/o
persistenti quali IPA, PCB, amianto ed altri.
La sintesi "verde" di composti di interesse per la chimica fine,
quali aldeidi aromatiche di forte interesse per l'industria,
costituisce un nuovo settore di ricerca in cui è stato studiato
l'accoppiamento di un processo a membrana (pervaporazione) con
la fotocatalisi. Sono stati individuati i meccanismi alla base
delle sinergie nel processo integrato. E' stata quindi
condotta l'ottimizzazione grazie alla quale si è ottenuta una
"intensificazione di processo" che porta ad un aumento
significativo della conversione, della selettività
e della resa. E' stato inoltre dimostrato che tale processo
presenta diverse caratteristiche positive in termini di
"sostenibilità" ed ecocompatibilità.
Tra i processi integrati studiati figura anche la
"ozonizzazione fotocatalitica" nella quale l'accoppiamento della
fotocatalisi all'ozonizzazione porta a diversi vantaggi nel
trattamento di acque contaminate: aumento sostanziale delle
capacità di depurazione e di sterilizzazione e controllo
nella formazione di sostanze indesiderate come bromati e acido
ipobromoso. Tale processo presenta quindi caratteristiche molto
positive per il trattamento di diverse tipologie di acque come ad
esempio quelle delle piscine o degli impianti di acquacoltura a
ricircolo sia con acqua dolce che marina. I parametri che
influenzano le rese del processo sono stati analizzati ed
ottimizzati.
