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Giulio Cesare Sarti

Professore emerito

Alma Mater Studiorum - Università di Bologna

Temi di ricerca

Parole chiave: solubilita' separazione di biomolecole separazione di gas permeabilita' polimeri vetrosi membrane di affinita' membrane

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).

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