Catalizzatori nanostrutturati a base di CexZr1-xO2 per la conversione di etanolo e CO2 a dietilcarbonato = Nanostructured CexZr1-xO2 catalysts for the conversion of ethanol and CO2 to diethyl carbonate

Negli ultimi secoli l’intensificazione dei processi industriali ha portato ad un notevole aumento delle emissioni dei gas serra in atmosfera, ritenute maggiori responsabili del riscaldamento globale. La lotta al cambiamento climatico, una delle principali sfide che la società di oggi è costretta ad affrontare, impone di ripensare e sostituire in maniera rapida ed efficace l’attuale modello di sviluppo con uno maggiormente sostenibile. Il presente progetto di Tesi di Laurea Magistrale si propone, in quest’ottica, di approfondire lo studio della reazione di carbonatazione di alcoli per la sintesi diretta di carbonati organici, in particolare di dietilcarbonato (DEC) a partire da etanolo. Tale reazione rappresenta un approccio stimolante sia dal punto di vista accademico sia commerciale. Il DEC, infatti, è un composto che gode di singolari proprietà come biodegradabilità, bassa tossicità, eccellente solubilità ed alto contenuto di ossigeno. Attualmente esso viene impiegato in diversi ambiti e per diverse applicazioni, ma molto interessante è l’opportunità di poterlo utilizzare come additivo per benzine in sostituzione del MTBE. La reazione di sintesi diretta si presenta come un’alternativa ecologica alla rotta di fosgenazione di alcoli per la produzione di carbonati organici ma, soprattutto, si candida fortemente a rappresentare un possibile approccio per la valorizzazione della CO2. La reazione è termodinamicamente sfavorita perché l’anidride carbonica, essendo un composto stabile e cineticamente inerte, è difficile da attivare. Le limitazioni termodinamiche possono essere superate attraverso l’impiego di un catalizzatore e di un agente disidratante, con il quale l’acqua prodotta viene rimossa dal sistema di reazione. In questo lavoro è stata utilizzata la 2-cianopiridina (2-CP) come agente disidratante e sono stati testati diversi catalizzatori nanostrutturati CexZr1-xO2. La scelta di utilizzare catalizzatori a base di ossido di cerio (CeO2) è legittimata da elevate aree superficiali e dalla disponibilità di siti attivi sia acidi sia basici, tutte proprietà che dipendono fortemente dalla morfologia delle nanoparticelle di CeO2. Il dopaggio con zirconio, invece, consente di stabilizzare l’area superficiale e la dimensione dei cristalliti e di aumentare la disponibilità dei siti acidi. I catalizzatori studiati sono stati sintetizzati con le tecniche della precipitazione e della sintesi idrotermale e calcinati alla temperatura di 550 °C per due ore. La loro caratterizzazione è stata effettuata usando come tecniche di analisi la diffrazione di raggi X (XRD), il desorbimento a temperatura programmata di anidride carbonica (CO2-TPD) e di ammoniaca (NH3-TPD), il fisisorbimento di azoto a -196°C e la microscopia elettronica a scansione ad emissioni di campo (FESEM). I test catalitici sono stati condotti in un reattore ad alta pressione Berghof BR-300 da 300 mL alla pressione di 20 bar e alla temperatura di 130 °C. Sono stati valutati l’effetto del tempo di reazione, del quantitativo di 2-CP presente nel sistema e l’influenza delle proprietà dei vari catalizzatori testati sulla produzione di DEC. I risultati delle prove effettuate hanno rivelato che i nanorods, dotati di una maggiore area superficiale rispetto agli altri campioni, presentano una migliore attività catalitica. Inoltre, a parità di morfologia il dopaggio con zirconio non sembrerebbe favorire la formazione di dietilcarbonato.