Descrizione del modulo "Preparazione di membrane polimeriche, inorganiche e catalitiche (PM.P02.007.003)"

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  • Descrizione del modulo "Preparazione di membrane polimeriche, inorganiche e catalitiche (PM.P02.007.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Il miglioramento dei processi di dissalazione, raggiungibile mediante l'uso di nuove tecnologie, quali i membrane contactors, comporterà benefici alle popolazioni afflitte dal problema di scarsità d'acqua. La diminuzione del volume dei concentrati prodotti consentirà, inoltre, di facilitarne lo smaltimento riducendone l' impatto ambientale. La purificazione di correnti acquose da diversi tipi di inquinanti avrà effetti positivi sia in termini di impatto ambientale che di salvaguardia della salute pubblica. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le principali tematiche della ricerca saranno: 1. Preparazione e caratterizzazione di membrane con specifiche proprietà. L'ottenimento di membrane che presentino i requisiti richiesti dai vari processi di interesse si avrà mediante l'ottimizzazione delle tecniche di preparazione, la scelta di nuovi materiali e/o la modifica/funzionalizzazione dei materiali ad oggi usati, sia organici che inorganici, la realizzazione di membrane composite e di membrane ibride. 2. Applicazione delle membrane (realizzate e commerciali) ai processi di interesse e ottimizzazione dei processi. Verranno progettati e realizzati moduli a membrana capaci di garantire il contatto tra le fasi coinvolte e le superfici della membrana e di operare in regime fluidodinamico di interesse con perdite di carico contenute. I processi di interesse verranno ottimizzati in termini di condizioni operative e design dei moduli a membrana. (literal)
Competenze
  • - Competenze in chimica per la definizione ed ottimizzazione del protocollo di preparazione delle nuove membrane; - Conoscenza dei fenomeni termodinamici e cinetici legati al processo di inversione di fase di soluzioni polimeriche per la preparazione di membrane; - Competenze nella caratterizzazione delle membrane; - Competenze nello studio dei fenomeni di trasporto attraverso membrane dense, porose, composite, sia piane che a fibra cava; - Competenze in ingegneria chimica per la progettazione delle unità a membrana, realizzazione degli impianti sperimentali e modellazione dei processi studiati; - Conoscenze delle operazioni a membrana e dei membrane contactors per la conduzione ed ottimizzazione delle prove sperimentali. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati ottenuti nell'ambito del lavoro di ricerca saranno di interesse per diverse aziende, in quanto le membrane preparate saranno applicate a molteplici processi di interesse industriale. Ad esempio, verranno applicate in dissalazione per l'ottenimento di acqua dolce a partire da acqua salmastra, per la purificazione di acque inquinate, quali le acque reflue provenienti da frantoi, da industrie tessili, ecc., per il controllo dei gas disciolti nelle acque minerali, per la separazione di solventi organici, per il rilascio controllato di farmaci. (literal)
Tecnologie
  • Il lavoro sperimentale sarà accoppiato ad uno teorico in cui si effettuerà la modellazione dei processi studiati (utilizzando anche modelli di trasporto di materia e di energia) al fine di definire le proprietà ottimali delle membrane da usare, così come le configurazioni dei moduli a membrana e le condizioni operative migliori. Tale analisi servirà ad indirizzare il lavoro sperimentale. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi principali del lavoro di ricerca sono: - Ottenimento di membrane dalle proprietà richieste per la conduzione ottimale dei processi. Verranno ottimizzate le procedure di preparazione delle membrane al fine di ottenere le caratteristiche richieste per la loro applicazione ai diversi processi. Si agirà sulla porosità, dimensione e distribuzione dei pori, spessore, idrofobicità/idrofilicità, resistenza chimica e meccanica. Le membrane preparate verranno caratterizzate in termini di flussi e selettività ai componenti di interesse; - ottimizzazione dei processi di interesse, in termini di condizioni operative e di configurazione dei moduli a membrana. Verranno realizzati moduli a membrana in configurazione piana e a fibre, prestando particolare attenzione alle perdite di carico ed alla compattezza (superficie di membrana/volume del modulo). Durante le prove sperimentali, si ottimizzeranno le condizioni operative al fine di operare con elevati flussi (elevate capacità) e selettività (elevata purezza del prodotto target); - confronto con i sistemi tradizionali in termini di efficienza, consumi energetici e di materie prime, condizioni operative, costi. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni lo sviluppo di membrane sempre più efficienti ha consentito di allargare lo spettro applicativo delle operazioni a membrana, rendendole una interessante alternativa alle unità convenzionali. Esistono, tuttavia, ancora degli aspetti da migliorare al fine di un ampliamento della loro implementazione a livello industriale, quali, ad esempio, la vita media della membrana, la capacità di operare in ambienti chimicamente aggressivi ed ad elevate temperature senza subire deterioramenti, la riduzione della resistenza al trasporto offerta, la riduzione dei costi, ecc. Un tipico esempio è quello dei membrane contactors che hanno visto, recentemente, applicazioni nel settore alimentare e delle bevande, dell'elettronica, del trattamento e purificazione delle acque, ecc. Le loro prestazioni sono strettamente correlate alle proprietà delle membrane impiegate. Ad esempio, la possibilità di operare in un vasto intervallo di pressioni senza perdita di idrofobicità delle membrane rappresenta un obiettivo di estremo interesse, così come l'utilizzo di determinati valori di porosità e spessore o di dimensione dei pori, per ridurre le resistenze trans-membrana coinvolte. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Le proprietà dei materiali con cui preparare le membrane verranno studiate mediante analisi all'IR e DSC. - Le membrane preparate saranno caratterizzate attraverso misure di porosità (porosimetro), spessore e valutazione della dimensione dei pori e della loro distribuzione. L'analisi morfologica sarà condotta mediante AFM e SEM. Il grado di idrofobicità/idrofilicità sarà valutato attraverso misure di angolo di contatto all'acqua e solventi organici (CAM). Saranno, inoltre, condotte misure di permeabilità all'acqua liquida ed ai gas (GKSS) e prove di resistenza meccanica. - Durante la conduzione delle prove sperimentali, si farà uso di strumentazione di analisi (spettrofotometro, rifrattometro, gas cromatografo, ICP) al fine di monitorare la variazione di concentrazione nelle correnti trattate e, dunque, di calcolare l'efficienza dei processi esaminati in termini di grado di rimozione/arricchimento/separazione. (literal)
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