Descrizione del modulo "Soft matter per l'ottimizzazione di combustibili e di processi di generazione energetica sostenibili (ET.P01.005.001)"

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  • Descrizione del modulo "Soft matter per l'ottimizzazione di combustibili e di processi di generazione energetica sostenibili (ET.P01.005.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • - Inquinamento da particolato: controllo dell'emissione e comprensione delle interazioni con l'ambiente. - Ottimizzazione del rendimento in processi di combustione. - Nuovi prodotti e processi produttivi basati sull'utilizzo di emulsioni. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le principali tematiche su cui si concentrano le attività del modulo sono: - sviluppo di metodologie sperimentali per la tensiometria dinamica e la reologia interfacciale; - applicazione di tecniche di microscopia a Forza Atomica per lo studio delle interazioni tra nanostrutture e superfici solide in ambiente liquido. - superfici superidrofobiche ed effetti chimici e nanostrutturali nella bagnabilità di superfici solide. - proprietà reologiche di anfifilici e sistemi anfifilici-particelle su superfici liquide. - influenza delle proprietà dilazionali interfacciali (tensione interfacciale dinamica, visco-elasticità) e dei relativi processi di trasporto sulle proprietà di emulsioni e schiume (stabilità, granulometria etc.). - sperimentazione in microgravità su problemi di reologia interfacciale e stabilità di emulsioni e di film liquidi(progetti ESA MAP-FASES e PASTA). - interazione di particolato e polveri sottili derivanti da processi di combustione con interfacce liquide e conseguenti effetti ambientali; - sviluppo di schiume solide per applicazioni strutturali e funzionali (es. Adsorbimento CO2 in work-package Accordo di Programma MSE/CNR - Carbone Pulito). (literal)
Competenze
  • Il gruppo di ricerca dispone di competenze tecniche e teoriche nella chimica-fisica delle interfacce. In particolare su: - modellizzazione dei processi di trasporto e dell'adsorbimento in sistemi bifasici, in presenza di trasformazioni superficiali; - effetti delle micro/nanoparticlelle solide sulle proprietà tensiometriche e reologiche di interfacce liquide. - sviluppo e modellizzazione di apparecchiature e tecniche di tensiometria dinamica e della visco-elasticità superficiale; - sviluppo di apparecchiature e tecniche per le proprietà di bagnabilità delle superfici solide e per la determinazione della loro struttura superficiale; - sperimentazione di interfacce liquide e sistemi dispersi in microgravità su piattaforme spaziali (es. Stazione Spaziale Internazionale)concezione degli esperimenti e progettazione scientifica delle apparecchiature; - applicazioni nella stabilità di emulsioni. - applicazioni per lo sviluppo di superfici superidrofobiche. - applicazioni nello sviluppo di schiume solide. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • - Metodologie di controllo della formazione e della stabilità di emulsioni di carburanti tradizionali e da fonti rinnovabili e per applicazioni nell'industria petrolifera. - Metodologie per il coating protettivo e funzionale (es. controllo della bagnabilità o fouling) di interfacce solide basate sull'impiego di self-assembling di anfifilici e sistemi anfifilici/nanoparticelle. - Nuovi metodi diagnostici e sistemi di misura per le proprietà di interfacce liquide. - Nuovi materiali nanostrutturati per impieghi strutturali o funzionali. (literal)
Tecnologie
  • - metodologie di preparazione di substrati e coating superidrofobici. - formulazione di emulsioni e schiume - apparecchiature/metodologie di misura innovative per la chimica fisica degli strati di adsorbimento. (literal)
Obiettivi
  • - Sviluppo di modelli e metodi per il controllo della stabilità di emulsioni petrolifere e di combustibili. - Sviluppo di nuove metodologie sperimentali per l'adsorbimento e la reologia interfacciale. - Studio dell'interazione di particelle solide con interfacce liquide, in particolare dell'effetto di particolato da combustione sulle proprietà di interfacce di sistemi acquosi e sulle relative emulsioni e schiume. - Supporto alla sperimentazione in microgravità di interfacce liquide ed emulsioni nelle apparecchiature sviluppate per la ISS. - Studio dell'effetto di particolato da combustione sulla bagnabilità di sistemi acquosi ed applicazioni alle interfacce di interesse ambientale. - Sviluppo di schiume solide a base ceramica o carboniosa, quali materiali porosi per applicazioni struturali e funzionali (es. CO2 capture). (literal)
Stato dell'arte
  • L'utilizzo di combustibili emulsionati/dispersi può consentire l'ottimizzazione del rendimento e delle emissioni, a condizione di controllare la granulometria e la stabilità delle emulsioni, ottenute con anfifilici o altri additivi tensioattivi. I modelli sviluppati per definire tali caratteristiche in funzione delle proprietà rilevanti delle interfacce liquido-liquido, quali la tensione interfacciale e le proprietà dilazionali sono perlopiù empirici. L'applicazione delle competenze strumentali e teoriche sviluppate presso IENI-GE offrono la possibilità di superare queste limitazioni. Un aspetto di avanguardia per la tecnologia delle emulsioni riguarda i sistemi di nanoparticelle e molecole anfifiliche, polimeri o proteine alle interfacce liquide, che conferiscono eccezionali caratteristiche di stabilità alle interfacce liquide e possono essere utilizzati per la sintesi di nuovi materiali (es. schiume solide). Le interazioni tra superfici liquide e micro/nanoparticelle sono anche rilevanti per la comprensione dell'impatto ambientale del particolato prodotto dalla combustione e l'adozione di strategie efficaci per l'abbattimento delle polveri sottili. (literal)
Tecniche di indagine
  • Gli obbiettivi del modulo sono perseguiti attraverso l'utilizzo di: e - modelli e metodi sperimentali per la tensiometria interfacciale dinamica e per la reologia interfacciale - modelli chimico-fisici e termodinamici per l'adsorbimento ed i processi di trasporto di specie tensioattive. - applicazioni alla tecnologia delle emulsioni e delle schiume. - metodi sperimentali per la bagnabilità di materiali e tecniche di AFM per interfacce liquido-solido. - sperimentazione in microgravità di interfacce liquide ed emulsioni. Le principali apparecchiature specifiche utilizzate a tale scopo sono: - vari tensiometri dinamici adatti anche alla misura di proprietà reologiche interfacciali; - apparecchiatura per la misura di angoli di contatto solido-liquido dinamici; - microscopio AFM per solido-liquido; - bilancia di Langmuir equipaggiata con microscopio \"Brewster Angle (BAM) ed Ellissometero. - sistema di microscopia ottica per emulsioni e coalescenza - apprecchiatura per la misura della granulometria di sistemi dispersi e per il potenziale-zeta. (literal)
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