Nanomaterials and polymeric nanocomposites for photocatalytic applications

Negli ultimi anni, le tecnologie basate sull'uso dei nanomateriali e dei nanocompositi si sono mostrate le più promettenti per la risoluzione di due dei principali problemi del pianeta, ovvero la produzione di energia da fonti rinnovabili e sostenibili e la purificazione dell'acqua. In particolare, i processi fotocatalitici basati sull'uso di nanomateriali e nanocompositi sono stati recentemente proposti e investigati come approccio efficiente, green e sostenibile per la risoluzione dei problemi di seguito indicati. Nel ventunesimo secolo la richiesta di energia necessaria a soddisfare il fabbisogno giornaliero è in costante aumento. Attualmente la principale fonte di energia è costituita dai combustibili fossili. Il surriscaldamento e l'inquinamento del pianeta derivanti dal loro utilizzo hanno recentemente evidenziato la necessità di sostituire i combustibili fossili con fonti di energia alternative più pulite e rinnovabili. Fra tutte le fonti energetiche alternative (eolico, solare, biomasse ecc..) la più promettente è costituita dall'idrogeno. Il water splitting fotocatalitico per la produzione di idrogeno è l approccio attualmente più studiato in quanto è green e applicabile su scala industriale; nonostante ciò, rappresenta una delle sfide più interessanti per la comunità scientifica. Il principale obiettivo è lo sviluppo di materiali non costosi e non tossici in grado di dissociare efficientemente l acqua in ossigeno e idrogeno utilizzano la luce solare. Pertanto, uno degli obiettivi prefissati in questo studio è la modifica di semiconduttori già noti (biossido di titanio e ossido di bismuto) al fine di aumentare le loro prestazioni fotocatalitiche nel visibile. Secondo obiettivo della tesi è stato quello di preparare, caratterizzare e testare nuovi nanomateriali e/o nanocompositi per la rimozione di contaminanti dall acqua e che siano a basso costo, basso consumo energetico e basso impatto ambientale rispetto alle metodologie attualmente usate. Considerando la complessità della matrice acqua, i materiali proposti permettono di combinare diversi approcci di purificazione (fotocatalisi, nanotecnologie e membrane polimeriche) per ottenere soluzioni quanto più specifiche rispetto al contaminante da rimuovere, alla matrice acquosa da trattare e alle condizioni e risorse socio-economiche del paese dove è presente il problema. I nanomateriali più promettenti per le applicazioni sopra citate sono i nanomateriali di carbonio, e in particolare l ossido di graphene, e gli ossidi semiconduttori fra cui l ossido di titanio e l ossido di bismuto. Tali materiali sono stati modificati mediante processo di irraggiamento laser; quest ultimo rappresenta un approccio innovativo, semplice, green e a basso costo rispetto ai classici metodi di modifica dei semiconduttori e/o di modifica dell ossido di grafene. L irraggiamento laser è stato quindi testato per indurre modifiche superficiali di tali materiali tali da conferire nuove proprietà (per esempio attività antibatterica per l ossido di grafene) o renderli ottimali per applicazioni specifiche (per esempio attività fotocatalitica nel visibile). Inoltre, un approccio ancora più efficiente per la purificazione delle acque è stato riscontrato nell utilizzo dei suddetti nanomateriali, non direttamente dispersi in acqua, ma dispersi in una matrice polimerica. Questi risultati costituiscono un primo passo per lo sviluppo di membrane efficienti per la rimozione mediante filtraggio e/o processo fotocatalitico di diversi ioni e contaminanti dall acqua. Inoltre, tali membrane sono caratterizzate da un alta conducibilità protonica tale da essere buone candidate come conduttori di protoni nelle celle a combustibile o nelle celle fotoelettrochimiche per la produzione di idrogeno a partire da acqua pura o contaminata.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2017

Author dc:creator

• FILICE, SIMONA

Contributors dc:contributor

• COMPAGNINI, Giuseppe Romano
• GRIMALDI, Maria Grazia

• photocatalysis, nanomaterials, nanocomposites, water purification, water splitting, graphene oxide, titanium dioxide, bismuth oxide, laser irradiation, sulfonated polymers

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/583151

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/583151