Photocatalytic sustainable processes for the H2 production by photoreforming of green organic substrates [Processo fotocatalitico sostenibile per la produzione di H2 dal fotoreforming di substrati organici green]
Nel XXI secolo, la crescente domanda di energia, possibilmente prodotta con fonti rinnovabili, ha reso necessario trovare fonti energetiche alternative all'uso dei combustibili fossili. In particolare, l'energia prodotta da fonti non rinnovabili ha causato gravi problemi ambientali, soprattutto un notevole aumento delle emissioni di CO2. Per affrontare questi problemi, la ricerca si concentra ora su un utilizzo efficiente delle energie rinnovabili, compreso lo sfruttamento di energie sostenibili e verdi come l'idrogeno. Attualmente, la maggior parte dell'idrogeno viene prodotta con processi che richiedono l'uso di combustibili fossili, il che porta ad avere una quota considerevole sul mercato del cosiddetto idrogeno grigio o marrone. Solo una piccola parte della produzione di idrogeno è stata ottenuta con processi sostenibili, ovvero l'idrogeno verde. Contestualmente, un altro problema critico odierno è rappresentato dalle grandi quantità di rifiuti plastici e di biomassa che non vengono smaltiti correttamente né riciclati. Questo problema sta avendo un grave impatto sugli ambienti marini, sulla biodiversità e sulla salute umana. Il fotoriforming solare di plastica o composti derivati dalla biomassa è un processo promettente che utilizza la radiazione solare (una fonte di energia rinnovabile), un catalizzatore (tipicamente un semiconduttore) e un agente sacrificale organico derivato da materiali plastici o biomassa. Questo processo offre un modo per affrontare molteplici questioni attraverso un'unica reazione. In particolare, consente la produzione di idrogeno verde con la simultanea ossidazione fotocatalitica dell'agente sacrificale impiegato. I fotocatalizzatori per questa reazione richiedono continui miglioramenti e la crisi globale post-pandemia ha evidenziato l'urgente necessità di sviluppare materiali nuovi, efficienti e non critici per questo scopo Alla luce delle considerazioni di cui sopra, il focus di questa tesi è lo studio della produzione di idrogeno verde utilizzando fotocatalizzatori a base di carbonio per il fotoriforming solare di plastica e composti derivati dalla biomassa. Questo lavoro presenta studi chiave sul comportamento fotocatalitico di materiali come il carburo di silicio (SiC) combinato con il nitruro di carbonio grafitico (g-C3N4), originariamente utilizzato per il fotoriforming solare di materiali plastici, tra cui il bisfenolo A (BPA) e il polietilene tereftalato (PET). Inoltre, è stata studiata l'influenza dell'aggiunta al SiC-g-C3N4 di un co- catalizzatore privo di metalli nobili come il carbonitruro di titanio (TiCN). Il fotoriforming solare di plastica o composti derivati dalla biomassa è un processo promettente che utilizza la radiazione solare (una fonte di energia rinnovabile), un catalizzatore (tipicamente un semiconduttore) e un agente sacrificale organico derivato da materiali plastici o biomassa. Questo processo offre un modo per affrontare molteplici questioni attraverso un'unica reazione. In particolare, consente la produzione di idrogeno verde con la simultanea ossidazione fotocatalitica dell'agente sacrificale impiegato. I fotocatalizzatori per questa reazione richiedono continui miglioramenti e la crisi globale post-pandemia ha evidenziato l'urgente necessità di sviluppare nuovi materiali efficienti e non critici per questo scopo. Alla luce delle considerazioni di cui sopra, il focus di questa tesi è lo studio della produzione di idrogeno verde utilizzando fotocatalizzatori a base di carbonio per il fotoriforming solare di plastica e composti derivati dalla biomassa. Questo lavoro presenta studi chiave sul comportamento fotocatalitico di materiali quali il carburo di silicio (SiC) combinato con il nitruro di carbonio grafitico (g-C3N4), originariamente utilizzato per il fotoriforming solare di materiali plastici quali il bisfenolo A (BPA) e il polietilene tereftalato (PET). Inoltre, è stata studiata l'influenza dell'aggiunta al SiC-g-C3N4 di un co-catalizzatore privo di metalli nobili come il carbonitruro di titanio (TiCN). Questo originale composito fotocatalitico è stato testato per il fotoriforming solare del polietilene a bassa densità (LDPE), del polistirene (PS) e dell'acido polilattico (PLA). È stato condotto uno studio approfondito sulla fase di pretrattamento dei materiali plastici. Questo processo ha permesso di trattare le plastiche e di portarle in soluzione acquosa, favorendone la depolimerizzazione e consentendo anche l'identificazione e l'ottimizzazione delle condizioni sperimentali che hanno migliorato la produzione di idrogeno riducendo allo stesso tempo l'impatto ambientale. l fotoriforming solare dei composti derivati dalla biomassa è stato invece studiato su fotocatalizzatori a base di g-C3N4. In particolare, l'aggiunta di una quantità molto piccola di Pt ha portato a prestazioni efficaci nel fotoriforming del glucosio alla luce visibile, utilizzando anche diverse matrici acquose, come l'acqua di mare e le acque reflue. Questa tesi è suddivisa in undici capitoli. I capitoli 1, 2 e 3 affrontano aspetti chiave dell'inquinamento ambientale, con particolare attenzione ai rifiuti plastici, alle proprietà dell'idrogeno e ai principali processi utilizzati per la sua produzione. Il capitolo 4 spiega in dettaglio il processo di fotocatalisi, comprese le specifiche reazioni di fotoriformazione studiate in questo lavoro. Il capitolo 5 presenta i materiali fotocatalitici studiati e ne discute le proprietà chimiche e fisiche. I capitoli 6 e 7 delineano gli obiettivi della tesi e descrivono la parte sperimentale utilizzata in questa ricerca. I capitoli 8, 9 e 10 presentano diversi studi, evidenziando varie applicazioni del fotoriforming solare. Infine, il capitolo 11 fornisce le conclusioni generali tratte da questo lavoro.
H2 green, photoreforming, carbon-based material, plastic waste, biomasse waste, seawater, wastewater, Idrogeno verde, fotoreforming, materiali a base di carbonio, scarti di plastica, scarti di biomassa, acqua di mare, acque reflue
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