ATTIVITA’ DI RICERCA Raffaele Marotta

AOP 1996 - 2014 Produzione di biodiesel da alghe (trattamento reflui) Processi fotochimici di sostanze xenobiotiche Chimica Ind.le “solare” Analisi termocinetica di sistemi chimici per la prevenzione di fenomeni “runaway” Produzione di biodiesel da alghe Processi fotocatalitici Cinetiche di biodegradazione di inquinanti organici

Fonte: www.scopus.com

Sistemi catalitici omogenei, eterogenei, fotocatalitici, fotopromossi, etc...

Vantaggi degli AOP Molto efficaci per la rimozione di inquinanti organici notevolmente biorefrattari Capaci di mineralizzare la gran parte dei composti organici. Non sono influenzati dalla presenza di sostanze ad elevata tossicità Generalmente producono prodotti finali non tossici Capaci di convertire sostanze tossiche e/o non biodegradabili in sottoprodotti biodegradabili

AOP Photochemical and Ozone based Advanced Oxidation Processes O3/UV-C O3/HO- UV-C/H2O2 O3/cat O3/H2O2 UV-C (280 – 100) nm Photochemical and Ozone based Advanced Oxidation Processes

O3/cat O3/UV O3/H2O2 O3/HO-

Carboxylic acids

Meccanismo Modelli cinetici

Sostanze farmaceutiche nell’ambiente

Ozono o UV(254 nm)/H2O2 Pharmaceuticals

Ozonation H2O2 Photolysis

H2O2 Photolysis Carbamazepine Diclofenac

Mineral oils

O3/H2O2 Attacco non selettivo Attacco selettivo Per esempio..

Benzothiazoles ( Reflui da concerie e colorifici) UV-C/H2O2

Metol Reflui fotografici Ozonation

Principali risultati raggiunti Efficacia dei processi AOP nella rimozione di sostanze biorecalcitranti in acqua Definizione di schemi di ossidazione radicalica e identificazione di principali intermedi di reazione Sviluppo di modelli cinetici per la stima delle costanti di reazione di attacco di radicali HO su differenti classi di inquinanti organici Ottimizzazione di variabili operative (pH, rapporto di alimentazione, tempi di reazione..)

UV-A,B Fe(III)/H2O2 Fe(III)/O2 Iron Oxides/H2O2 UV-A (400 – 315) nm UV-B (315 – 280) nm UV-A,B Fe(III)/H2O2 Fe(III)/O2 Iron Oxides/H2O2 Simulated Solar Based Photochemical Advanced Oxidation Processes

Fe(III) / light (> 300 nm) Processi catalitici omogenei

Homogeneous systems Photo-Fenton based processes

Sistemi eterogenei Goethite Fe3+O(OH)

Sistemi eterogenei Goethite Fe3+O(OH)

Principali risultati raggiunti Possibilità di impiego di “simulated sunlight driven AOPs” nella rimozione di inquinanti (es. fenoli e derivati) in acqua Messa a punto di nuovi processi di ossidazione: 1) UV-A,B/Fe(III)/aria (omogeneo), 2) Dark or Light/cheaper iron oxides (eterogeneo) Definizione di schemi di ossidazione radicalica e identificazione dei principali intermedi di reazione Sviluppo di modelli cinetici per la stima delle costanti di reazione tra le specie ossidanti e le sostanze fenoliche Ottimizzazione di variabili operative

Processi fotocatalitici TiO2 Fotocatalisi Processi fotocatalitici non-selettivi selettivi

Sacrificial agent

Temperatura ambiente Pressione atmosferica Radiazione solare NO solventi organici Soluzioni acquose Catalizzatore economico Catalizzatore “green”

Recupero di metalli

Clean water EDDS

Land of Fires

foto-elettro-chimica Produzione di energia mediante cella foto-elettro-chimica

Produzione di idrogeno mediante foto-reforming

NaCl +

Processi di ossidazione fotocatalitica selettiva FINE CHEMICALS

13 parametri incogniti 4 ÷ 8 parametri

θ=𝟑𝟗° 𝑽 𝒕 =𝟑𝟗 𝒍 𝑽 𝒊𝒓𝒓 =𝟐𝟐 𝒍 𝑽 𝒓𝒆𝒄 =𝟗 𝒍 𝑽 𝒄𝒐𝒏 =𝟖 𝒍 𝑨 𝒓 =𝟑,𝟐 𝒎 𝟐 𝑨 𝒓 =𝟑,𝟐 𝒎 𝟐 𝑫 𝒕𝒖𝒃 =𝟑,𝟏 𝒄𝒎 θ=𝟑𝟗° Compound Parabolic Collector (CPC)

Vitamina B3

“Pre-sodium” photocatalysis, denotes the catalytic action of an organic species (carrier) in promoting proton photoreduction bymediating its transfer from the bulk solution to the photocatalyst surface. pHzpc = 4.2

Principali risultati raggiunti Messa a punto di un processo fotocatalitico solare (TiO2 e Cu(II)) versatile e “green” Rimozione di rame da acque contaminate Produzione di idrogeno Produzione di energia (celle fotoelettrochimiche) Produzione di “fine chemicals” Studio delle cinetiche di reazione (meccanismi e modellazione)

Ricombinazione buche - elettroni Assorbimento

Catalizzatori TiO2 modificati

AOP 1996 - 2014 Produzione di biodiesel da alghe (trattamento reflui) Processi fotochimici di sostanze xenobiotiche Chimica Ind.le “solare” Analisi termocinetica di sistemi chimici per la prevenzione di fenomeni “runaway” Produzione di biodiesel da alghe Processi fotocatalitici Cinetiche di biodegradazione di inquinanti organici

Cinetiche di decomposizione fotochimica di xenobiotici

Riuso di acque

Principali risultati raggiunti Modelli cinetici di decomposizione fotochimica di xenobiotici Valutazione delle rese quantiche di fotolisi diretta Previsione dei tempi di dimezzamento vs della latitudine e stagione Identificazione dei principali prodotti di reazione di fotolisi diretta

Analisi termocinetica di processi Runaway

Used for natural and synthetic olefin rubber, and silicone rubbers Monomer polymers Dicumyl peroxyde

Risultati ottenuti Identificazione dei principali intermedi di reazione Modelli termocinetici dettagliati per la descrizione di processi di nitrazione di sostanze aromatiche e di decomposizione di perossidi organici

Processi di biodegradazione di sostanze aromatiche

Estimation of biodegradation kinetic constants for aromatic derivates through aerobic batch experiments Water Science and Technology 52(8) (2005) 257–264 Evaluation of biodegradation kinetic constants for aromatic compounds by means of aerobic batch experiments Chemosphere 62(9) (2006) 1431-1436

Produzione di biodiesel da microalghe

Alkaline direct transesterification of different species of Stichococcus (Chlorophyta) for FAMEs production submitted

Ciamician G., Science, 1912, 36, pp. 385-394. “...camere di vetro si innalzeranno al sole e in questi apparecchi trasparenti si compiranno quei processi fotochimici di cui fino allora le piante avevano il segreto e il privilegio, ma che l’industria umana avrà saputo carpire: essa saprà farli ben altrimenti fruttare, perché la natura non ha fretta, mentre l’umanità è frettolosa. E se giungerà in un lontano avvenire il momento in cui il carbone fossile sarà esaurito. non per questo la civiltà avrà fine: ché la vita e la civiltà dureranno finché splende il sole!” Ciamician G., Science, 1912, 36, pp. 385-394. VIII International Congress of Applied Chemistry, New York