Sviluppo di materiali innovativi per la cattura della CO2 = Development of innovative materials for CO2 capture

Nella presente tesi, vengono proposte alcune strategie di cattura dell’anidride carbonica. La CO2 rappresenta il gas serra maggiormente presente nell’atmosfera e pertanto, sono necessarie misure di grosso impatto per ridurne le concentrazioni fino a raggiungere livelli accettabili. Il rilascio massivo di anidride carbonica nell’atmosfera ha provocato ingenti cambiamenti climatici a cui è indispensabile far fronte per prevenire un risvolto catastrofico. In particolare, sono state proposte alcune soluzioni che mirano ad eliminare i principali svantaggi posseduti dalle strategie attualmente in uso. Nel presente lavoro, l’attenzione è volta verso una categoria emergente di materiali adsorbenti: le zeoliti naturali. Data la abbondanza in natura, la facile reperibilità e grazie alle spiccate proprietà, le zeoliti naturali rappresenterebbero un ottimo punto di partenza per tecnologie di cattura eco-friendly. Per questo studio è stata presa in considerazione la clinoptilolite, una delle zeoliti naturali più abbondante sul pianeta, che presenta marcate proprietà adsorbenti con innumerevoli composti. La particolare struttura porosa permette l’accesso selezionato di alcune molecole in base alla compatibilità sterica. Inoltre, la possibilità di utilizzare il materiale senza impiegare tecniche di pretrattamento onerose ne affascinano lo studio. Non solo, la capacità di scambio degli ioni extra-strutturali presenti nella clinoptilolite, ne permette una facile modifica delle proprietà tessiturali. In questo modo è possibile aumentare la selettività del materiale verso le molecole d’interesse migliorando considerevolmente le prestazioni dell’adsorbimento. Per di più, il potenziamento delle performance della clinoptilolite attraverso semplici trattamenti ne migliorano l’operatività in molteplici ambiti di utilizzo, rendendola un materiale interessante su cui vale la pena incentrare gli studi. A tal proposito, viene evidenziato come questo materiale possa essere potenzialmente efficace nel raggiungimento di alcuni obiettivi dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile. In relazione alla cattura della CO2, la clinoptilolite grezza presenta di per sé una interessante affinità con la molecola di anidride carbonica. In molteplici studi, è stato dimostrato che l’adsorbimento della CO2 avviene senza particolari difficoltà, anche nelle situazioni in cui essa si presenta in miscele gassose. Inoltre, in letteratura vengono proposti alcuni studi sugli effetti dello scambio ionico sull’adsorbimento del gas che mettono in evidenza quali ioni potenzialmente migliorano le prestazioni del materiale. Tuttavia, i test di adsorbimento riportati in letteratura mostrano che il processo è attuabile per intervalli di temperature limitati, suggerendo un'indagine più approfondita per poter confermare l’applicabilità del materiale anche a condizioni di lavoro più spinte. Un’ulteriore tematica considerata nella tesi riguarda la possibilità di impiegare la spettroscopia IR come tecnica di caratterizzazione delle zeoliti. Attraverso questa tecnica è possibile indagare le proprietà chimiche del campione, i legami da cui esso è caratterizzato e le caratteristiche dei siti di adsorbimento. Inoltre, è possibile studiare le modalità di interazione della molecola di anidride carbonica con il campione e la tipologia di composti che crea con gli atomi costituenti la struttura della zeolite, ottenendo informazioni utili riguardanti la fase di rigenerazione del materiale.