ATTIVITA' di RICERCA
L'attivita' di ricerca e' stata incentrata sulle
seguenti aree principali:
1
separazioni a membrana.
1.1 separazioni
di gas e vapori;
1.2
distillazione a membrana;
1.3 separazioni
con membrane di affinita' ;
1.4 osmosi
inversa;
1.5
pervaporazione;
1.6
purificazione di idrogeno con membrane metalliche.
2. diffusione in
polimeri.
2.1. diffusione fickiana e
post-trattamenti chimici;
2.2. trasporto non-fickiano;
2.2.1. rigonfiamento localizzato e diffusione
viscoelastica;
2.2.2. effetti degli sforzi e delle deformazioni nel
trasporto non-fickiano.
3. termodinamica
e proprieta' termodinamiche di fluidi polimerici.
3.1. equazioni costitutive
termomeccaniche;
3.2. fondamenti della
termodinamica razionale;
3.3. proprieta'
termodinamiche di polimeri vetrosi e solbilita' in
polimeri vetrosi.
4
separazione di proteine e purificazione di immunoglobuline.
4.1. sviluppo di membrane di
affinita' e di apparati per membrane di
affinita'
5. processi
chimici nella microelettronica.
5.1. reazioni CVD;
5.2. crescita di ossido e nitruro
di silicio.
L'attivita' di ricerca svolta ha portato ad oltre
200 pubblicazioni a stampa in sedi internazionali, a due brevetti
per invenzione industriale, a numerose presentazioni a convegni
internazionali.
Le attivita' di ricerca attuali sono focalizzate
sui seguenti temi
Membrane di affinita' : Lo studio
prevede la realizzazione di membrane di affinita' a
partire da membrane microporose preattivate (usando i ligandi
idonei per la proteina o l'anticorpo target), la loro
caratterizzazione sperimentale, determinando le isoterme di
adsorbimento, il comportamento con soluzioni in flusso e le
condizioni di eluizione.
Membrane polimeriche Lo studio consiste nella
determinazione della solubilita' ,
diffusivita' e permeabilita' di
penetranti in film polimerici, puri o caricati con filler
inorganici, usati come membrane per separazione di gas o come
materiali barriera e la relativa modellazione matematica.
Membrane metalliche Lo studio e'¨
focalizzato sulle proprieta' di trasporto di idrogeno
in film di leghe di palladio. Tali membrane realizzano elevatissimi
fattori di separazione fra l'idrogeno e gli altri gas usualmente
nei gas di reforming. Le variazioni delle proprieta'
delle membrane nel tempo sono studiate per concentrazioni diverse
dei gas trattati
1) Realizzazione di membrane di affinita' e loro
applicazione nella purificazione di proteine e di
anticorpi. Lo studio consiste nella realizzazione di
membrane di affinita' a partire da membrane microporose
preattivate, di diversa natura, disponibili in commercio o mediante
accordi di ricerca con aziende produttrici. Per la proteina o
l'anticorpo selezionato si considerano i ligandi piu' idonei per un
legame di affinita' e si procede alla messa a punto del
protocollo di legame sulle membrane. Si determina quindi la
concentrazione di ligando ottenuta sulla superficie interna della
membrana, e si procede alla caratterizzazione sperimentale della
membrana determinando l'isoterma di adsorbimento per la proteina di
interesse con soluzioni di proteina pura. Si procede quindi alla
determinazione sperimentale del comportamento della membrana con le
soluzioni in flusso, cambiandone la concentrazione e la portata. Si
determinano quindi le migliori condizioni di eluizione, modificando
le soluzioni eluenti cambiando la forza ionica, il pH ed il tipo di
tampone. Si studia quindi la possibilita' di riutilizzare le
membrane in cicli successivi e l'eventuale sporcamento delle
membrane con la relativa rigenerazione, se necessaria. Le proteine
di maggiore interesse che verranno considerate sono IgM da siero,
utilizzando ligandi sintetici forniti da Xeptagen, IgG utilizzando
ligando sintetico costituito da catene di 6 aminoacidi, selezionati
come sequenza presso il dipartimento di Ingegneria Chimica e
Biochimica della North Carolina State University di Raleigh. Le
membrane di supporto sono di cellulosa rigenerata (Sartorius), PES
(Pall) e monoliti polimerici prodotti presso l'Universita' di
Cambridge (UK).
2) Studio delle proprieta' termodinamiche e di
trasporto in membrane polimeriche. Lo studio consiste
nella determinazione della solubilita' , della
diffusivita' e della permeabilita' di composti a basso
peso molecolare in film polimerici in vista del loro impiego come
membrane per la separazione e purificazione di gas o come materiali
barriera per imballaggi o per protezione da ambienti aggressivi. Lo
studio consiste a) nella determinazione delle isoterme di
assorbimento di composti puri mediante diverse tecniche
sperimentali che sono state messe a punto presso il laboratorio del
DICMA, che ha negli anni ha acquisito e approntato di una
importante dotazione strumentale (bilance a molle di quarzo,
elettrobilancia, bilancia magnetica, FTIR-ATR, permeometri,
apparati pressure decay, quartz string microbalance); b) nella
determinazione delle diffusivita' e della permeabilita'
dei diversi composti; c) nella modellazione dei comportamenti
osservati considerando sia materiali vetrosi, sia compositi sia
materiali ionomerici. Di particolare interesse sono mixed
matrices ottenute caricando di microsfere solide matrici
polimeriche vetrose; film di tale natura saranno forniti da
Membrane Research and Technology (MTR-Menlo Park, CA USA); per tali
film sono stati applicati i modelli di solubilita' gia'
sviluppati per matrici vetrose pure, confrontando le previsioni del
modello con i valori misurati sperimentalmente. E' stata inoltre
considerata l'estensione dei modelli precedentemente sviluppati per
gas puri al caso del calcolo della solubilita' di miscele di
diversi gas, confrontando le revisioni con i valori misurati
sperimentalmente.
La permeabilità di specie gassose in membrane polimeriche è attualmente allo studio sviluppando un modello teorico in grado di rappresentare adeguatamente la dipendenza della permeabilità dalla pressione di alimentazione e di rappresentare, quando esiste, il comportamento non monotono comunemente indicato come "plasticization effect". Il modello si presta bene anche per lo sviluppo di un metodo puramente previsionale della permeabilita' di gas in matrici vetrose. Di particolare interesse, inoltre, e' la possibilita' di descrivere la permeabilita' di miscele gassose in matrici polimeriche vetrose.
3) Studio delle proprieta' di
trasporto di membrane metalliche. Lo studio e'¨
finalizzato essenzialmente alla determinazione delle
proprieta' di trasporto di gas attraverso film di leghe di
Palladio che possono essere impiegati ad elevate temperature per
ottenere la purificazione di idrogeno direttamente dagli effluenti
dei reattori di reforming di idrocarburi. Tali membrane consentono
di realizzare elevatissimi fattori di separazione fra l'idrogeno e
gli altri gas usualmente presenti quali monossido di carbonio,
anidride carbonica, vapore d'acqua, azoto. Le variazioni delle
proprieta' delle membrane nel tempo sono un aspetto importante
dell'indagine insieme con gli eventuali effetti prodotti da diverse
concentrazioni dei gas presenti sulla vita della membrana. A tale
scopo si impiegheranno un forno attrezzato per funzionamento sia
batch sia continuo e la bilancia magnetica di recente acquisizione.
Le membrane impiegate saranno rese disponibili da centri di ricerca
italiani (Universita' di Messina e di Genova) e da centri
internazionali (ECN Olanda, NGK, Giappone).
