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Nano-reattori a micelle inverse per la sintesi e l'ottimizzazione di catalizzatori a base di ceria nano-cristallina: studio della rimozione di ibuprofene in presenza di luce solare = Reverse micelle nano-reactors for the synthesis and optimisation of nano-crystalline ceria-based catalysts: study of ibuprofen removal in the presence of solar light

Andrea Pipolo

Nano-reattori a micelle inverse per la sintesi e l'ottimizzazione di catalizzatori a base di ceria nano-cristallina: studio della rimozione di ibuprofene in presenza di luce solare = Reverse micelle nano-reactors for the synthesis and optimisation of nano-crystalline ceria-based catalysts: study of ibuprofen removal in the presence of solar light.

Rel. Serena Esposito, Olimpia Tammaro. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili, 2023

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Abstract:

Attualmente, una delle più critiche problematiche ambientali riguarda gli inquinanti organici emergenti (emerging organic pollutants EOP) presenti sia in acque reflue che in acque superficiali. La crescita della popolazione e il conseguente sviluppo delle attività antropiche hanno, infatti, causato un consistente rilascio di sostanze chimiche artificiali nell’ambiente circostante. L’ibuprofene, un farmaco antiinfiammatorio non steroideo in grado di provocare effetti acuti e cronici sugli organismi non bersaglio, è tra i farmaci maggiormente diffusi in ambiente. Per una completa degradazione dell’ibuprofene le tecniche convenzionali di depurazione delle acque risultano inadeguate, per cui si è deciso di ricorre a un processo di ossidazione avanzata che prende il nome di fotocatalisi. La fotocatalisi si basa sull’utilizzo di un materiale semiconduttore che, in presenza di una radiazione luminosa, è in grado di degradare i composti organici tossici, con l’obiettivo finale di una completa mineralizzazione (trasformazione dell’inquinante organico in molecole inorganiche come H2O e CO2). L’obiettivo principale del lavoro proposto è la sintesi e l’ottimizzazione di catalizzatori a base di ossido di cerio per la fotodegradazione di ibuprofene con l’utilizzo di luce solare. A questo scopo, l’attenzione si è concentrata su sistemi nanometrici Fe-CeO2 in cui il contenuto di ferro è stato variato da 0 a 2.5% (rapporto molare). Per avere un controllo accurato delle proprietà chimico-fisiche delle nanoparticelle è stato ottimizzato un protocollo di sintesi basato sull’utilizzo delle micelle inverse. In particolare, la procedura utilizzata ci ha consentito di sintetizzare nanocristalli di ceria molto piccoli (4,0 ÷ 4,5 nm) evitando la formazione di fasi separate, cristalline o amorfe, contenenti ferro. La presenza di ferro sostituzionale e la sua distribuzione nel reticolo cristallino sono state valutate con opportune tecniche di caratterizzazione. I risultati ottenuti hanno mostrato che il drogaggio con ferro è responsabile della diminuzione del band gap e dell’aumento di concentrazione dei difetti reticolari come le vacanze di ossigeno e gli ioni Ce3+. Per studiare sia l’adsorbimento che l’attività fotocatalitica dei catalizzatori, sono state condotte prove per la rimozione di ibuprofene al buio e sotto irradiazione di luce solare. Successivamente, si sono messe in relazioni le proprietà ottiche e strutturali dei catalizzatori preparati con la loro attività fotodegradativa, dando rilievo all’effetto benefico del drogaggio con il ferro. Nonostante i calcoli DFT (density functional theory) abbiano indicato come l’adsorbimento di ibuprofene sulle superfici di CeO2 sia favorito in presenza di ferro e di vacanze di ossigeno, la capacità di adsorbimento non ha mostrato un andamento monotono crescente rispetto al contenuto di drogante. Questa apparente contraddizione è stata spiegata considerando la carica superficiale dei campioni al pH di esercizio. Un importante risultato di questo lavoro di tesi è aver evidenziato come la fotoattività del catalizzatore sia il risultato di un delicato equilibrio tra l’adsorbimento e la fotodegradazione dell’ibuprofene. In questo scenario, il metodo di sintesi proposto si è dimostrato estremamente efficace per la modellazione delle proprietà chimico-fisiche del catalizzatore. È stato, infine, individuato il campione Fe2.5 come quello potenzialmente più promettente per applicazioni pratiche di fotodegradazione dell’ibuprofene presente nelle acque.

Relators: Serena Esposito, Olimpia Tammaro
Academic year: 2023/24
Publication type: Electronic
Number of Pages: 95
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-22 - CHEMICAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: Politecnico di Torino
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/29073
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