Conversione fotocatalitica del diidroeugenolo (DHE) in vanillina con nanocompositi a base di diversi polimorfi di TiO2 accoppiati con CuInS2 QDs = Photocatalytic conversion of dihydroeugenol (DHE) into vanillin with nanocomposites based on different polymorphs of TiO2 coupled with CuInS2 QDs

Lo scopo di questo lavoro di Tesi si focalizza sulla valorizzazione fotocatalitica della lignina, la quale attualmente viene usata prevalentemente come combustibile e quindi non valorizzata. In particolare, si è scelto di studiare il diidroeugenolo (DHE) come monomero modello della lignina e se ne è valutata la conversione fotocatalitica in prodotti ad alto valore aggiunto, come la vanillina, usando nanocompositi di biossido di titanio (TiO2) accoppiati con (di)sulfuri di rame/indio (CuInS2) sotto forma di quantum dots (QDs). La vanillina è tra i composti aromatici di maggior pregio che ha un importante impiego sia nell’industria alimentare che cosmetica, oltre che un componente chiave nella produzione di altri composti. Il biossido di titanio è un materiale ampiamente utilizzato in fotocatalisi per la sua bassa tossicità, alta attività fotocatalitica nella regione UV e il costo relativamente basso. Si può trovare sotto forma di tre diversi polimorfi principali: anatasio, rutilo, brookite. I nanocompositi utilizzati sono stati sintetizzati creando omogiunzioni tra i diversi polimorfi (anatasio/brookite e anatasio/rutilo) per rallentare la ricombinazione buca-elettrone, mentre l’accoppiamento con CuInS2 QDs (CIS) è stato realizzato per impregnazione seguita da trattamento termico a bassa temperatura (150°C) in atmosfera inerte per 15 minuti. Un biossido di titanio commerciale (Degussa P25, caratterizzato da elevata efficienza fotocatalitica) è stato usato come riferimento. Al fine di investigare le proprietà morfologiche e microstrutturali, i nanocompositi cono stati caratterizzati con diffrattometria di raggi X e misura delle isoterme di adsorbimento-desorbimento di N2 a 77 K. L’analisi dei band-gap è stata condotta tramite spettroscopia UV-vis in riflettanza diffusa, che evidenzia la diminuzione del band-gap dei nanocompositi rispetto al biossido di TiO2. Misure del potenziale ζ, hanno mostrato uno spostamento del punto isoelettrico a pH più elevati nei materiali dove sono presenti i QDs, indicando la modifica delle proprietà di superficie. L’attività dei fotocatalizzatori è stata analizzata tramite test fotocatalitici simulando con una lampada che simula lo spettro solare con una potenza di 1 Sole (1 SUN). I test sono stati condotti sia usando l’intero spettro solare, sia usando soltanto la parte visibile dello spettro (400-760 nm), applicando un filtro UV. I test fotocatalitici sono accompagnati da risultati derivanti da analisi di gas cromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) per analizzare i prodotti. La parte dei test condotta sotto l’intero spettro solare ha mostrato prodotti di reazione quali acidi organici e alcoli, tipici di una ossidazione giunta ad uno stadio molto avanzato. Le analisi HPLC sui test fotocatalitici condotti eliminando la frazione UV, hanno invece portato al rilevamento della vanillina in tutti i campioni. In particolare, i fotocatalizzatori più promettenti sono risultati essere i compositi anatasio/rutilo-CIS e anatasio/brookite-CIS, evidenziando come questi accoppiamenti abbiano portato ad un incremento considerevole sia in termini di selettività a vanillina, (rispettivamente 14% e 16.6%), sia in termini di concentrazione di vanillina prodotta (rispettivamente 14 uM e 16.3 uM) in confronto alle rispettive versioni non accoppiate.