STAGE DI CHIMICA GIUGNO 2011 LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA DEL PROFESSOR RIGHETTI CON IL NEOLAUREATO DAVIDE VILLA, LA LAUREANDA SONIA DAL BARCO E IL DOTTORANDO SIMONE ANGIONI PRESENTAZIONE DI ANDREAS TARDELLI E SONIA GUARNIERI “Vita, Morte e Miracoli di una MEMBRANA”

Creazione di una membrana polimerica da impiegare come elettrolita nelle FUEL CELLS (Celle Combustibili ad idrogeno), che soddisfi determinate caratteristiche chimico-fisiche.

PRO - L’ ENERGIA PER UNITA’ DI MASSA E’ IL TRIPLO DELLA BENZINA - LA CONVERSIONE ELETTROCHIMICA PRODUCE ACQUA COME SCARICO - E’ PRESENTE IN ABBONDANZA E RINNOVABILE - E’ UN COMBUSTIBILE CHE RISPETTA IL PRIMO CRITERIO PER DEFINIRE I COMBUSTIBILI SICURI: NON E’ TOSSICO E NON E’ INQUINANTE CONTRO - DIFFICOLTA’ DI STOCCAGGIO - E’ FACILMENTE INFIAMMABILE COME GAS, SPECIALMENTE SE SOTTOPOSTO AD ALTE PRESSIONI

Nelle Fuel Cells l’ energia chimica si converte direttamente in energia elettrica. L’ idrogeno immesso nella fuel cell, in corrispondenza di un anodo, si separa in protoni ed elettroni. Gli elettroni sono costretti ad utilizzare un circuito esterno per raggiungere il catodo, creando una corrente elettrica. I protoni raggiungono il catodo, riprendendosi i rispettivi elettroni, e reagendo con l’ ossigeno danno come prodotto acqua.

Lo scopo dell’ intera ricerca e’ quello di creare una membrana ottimale di polibenzimidazolo. PERCHE’ PROPRIO IL PBI? In precedenza veniva usato principalmente il NAFION per le membrane. Questa sostanza aveva bisogno di acqua per lo scambio protonico, e doveva quindi lavorare a meno di 100° C. A queste temperature e’ molto alto il livello di avvelenamento da CO del platino (catalizzatore). IL PBI E’ PIU’ ECONOMICO, NON HA BISOGNO DI ACQUA, E PUO’ QUINDI LAVORARE ANCHE A TEMPERATURE QUALI 125/200 ° C, A CUI IL PLATINO HA UNA TOLLERANZA MAGGIORE PER IL CO. Lo scopo dell’ intera ricerca e’ quello di creare una membrana ottimale di polibenzimidazolo. PERCHE’ PROPRIO IL PBI? LA MEMBRANA DEVE INOLTRE AVERE CARATTERISTICHE… … CHIMICHE: -ELETTROLITA FORTE (DEVE SUPERARE DETERMINATI TEST PER VERIFICARE UN BUON LIVELLO DI SCAMBIO PROTONICO NEL DIPARTIMENTO DI CHIMICA-FISICA) -ALTA RESISTENZA IN AMBIENTE ACIDO … FISICHE: -RESISTENZA E FLESSIBILITA’ (PER LA PREPARAZIONE FINALE VENGONO PRESSATE CON UN PESO DI MOLTE TONNELLATE AD ALTA TEMPERATURA) Le tute dei pompieri e degli astronauti sono costituite da PBI

UN POLIMERO È UN MOLECOLA FORMATA DA UNA RIPETIZIONE DI STESSE UNITA’ MOLECOLARI DI BASE. PER CAPIRE MEGLIO... USIAMO UNA METAFORA…

Il polibenzimidazolo denominato commerciale e’ un polimero ottenuto dalla polimerizzazione di due monomeri: l’ acido isoftalico e l’ acido diamminobenzoico. Gli atomi di FLUORO garantiscono proprieta’ di resistenza meccanica e flessibilita’ alla membrana prodotta. Noi in laboratorio abbiamo cercato di migliorare le prestazioni del PBI commerciale, tentando di inserire atomi di fluoro all’ interno del polimero.

Come reagenti abbiamo usato:  2,0 g di esafloruro benzene  2,9 g di Idrossibenzaldeide  3,3 g di carbonato di potassio (K 2 CO 3 ) 1) Creazione della dialdeide fluorurata I prodotti che otterremo saranno:  l’aldeide parzialmente fluorurata  Fluoruro di potassio (KF)  KHCO 3

2) Creazione del diacido fluorurato Come reagenti abbiamo usato:  1 g di dialdeide parzialmente fluorurata  0.79 g di acido diamminobenzoico  4g di sodio metabisolfito (NaHSO 3 ) Il prodotto che otterremo sara’:  Il diacido parzialmente fluorurato

2) Polimerizzazione finale Come reagenti abbiamo usato:  Diacido parzialmente fluorurato  3,3’ diamminobenzidina  Acido polifosforico (PPA) Il prodotto che otterremo sara’:  PBI parzialmente fluorurato

1)Abbiamo spento la reazione e abbiamo versato il polimero in acqua. 2) E SI SONO CREATI GLI SPAGHETTI!!!!! 3) Dopo aver filtrato… 4) … abbiamo ottenuto questo!

ABBIAMO OTTENUTO MEMBRANE DI QUESTO ASPETTO! Dopo aver disciolto 150 g di polimero in una soluzione di DMA e ammina, abbiamo scaldato il tutto in un forno a microonde. Versata la soluzione in una capsula Petri, l’ abbiamo messa in stufa, E DOPO UNA NOTTE...

Due interessanti giorni con il professor GARLASCHELLI …abbiamo cercato di ricreare un pezzo della sindone di Torino… SULLE ORME DEL CICAP …ma forse con scarsi risultati. LA SINDONE DI PAVIALA SINDONE DI TORINO

…abbiamo creato una sostanza simile al sangue di San Gennaro di Napoli.

…abbiamo fatto bere le statue.