Lo sviluppo di processi chimici innovativi, ad alte prestazioni e a basso impatto ambientale, è cruciale per uno sviluppo sostenibile. In tale prospettiva la tecnologia delle membrane può offrire nuove opportunità nel design, nella razionalizzazione e nell'ottimizzazione di processi e prodotti.
In particolare, i reattori catalitici a membrana costituiscono un interessante esempio di sistema integrato in cui la separazione molecolare e la trasformazione chimica avvengono in un unico stadio.
Uno dei principali vantaggi dei reattori a membrana rispetto ai reattori tradizionali è l'agevole riciclo del catalizzatore. Le proprietà di trasporto selettivo delle membrane possono essere inoltre sfruttate per aumentare le rese di reazioni limitate dall'equilibrio, rimuovere selettivamente prodotti dalla miscela di reazione per ridurre reazioni secondarie e fornire in maniera controllata i reagenti al sito di reazion.
L'applicazione dei reattori catalitici a membrana risulta di particolare interesse in alcune specifiche aree: la produzione di idrogeno ad elevata purezza, reazioni di ossidazione e produzione di enantiomeri.
I reattori a membrana offrono interessanti possibilità per la produzione, l'up-grading e la purificazione dell'idrogeno. Nei reattori a membrana, la rimozione selettiva dell'idrogeno consente un aumento rilevante della conversione. Tra le principali reazioni studiate in questo campo presso l'Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM-CNR) vi sono lo steam refoming e l'ossidazione parziale del metano (per la produzione di idrogeno), lo shift del gas d'acqua (per il conseguente up-grading) e l'ossidazione selettiva del CO (per la purificazione dell'H2).
Presso ITM è inoltre in fase di sviluppo una promettente attività di ricerca volta all'eterogenizzazione di catalizzatori all'interno di membrane polimeriche. In tale lavoro sono stati utilizzati catalizzatori attivi in reazioni di ossidazione di specifico interesse quali la solfossidazione stereoselettiva di alchil aril solfuri e l'ossidazione di ammine secondarie catalizzata da complessi di Ti (IV)/trialcalonammine con simmetria C3.
L'inclusione di tale catalizzatore all'interno di membrane polimeriche ha portato alla realizzazione di nuovi sistemi catalitici eterogenei con attività confrontabili all'analogo sistema omogeneo ma estremamente stabili e riciclabili.
È stata inoltre realizzata l'eterogenizzazione di poliossotungstati, cluster anionici di W e ossigeno aventi interessanti proprietà come fotocatalizzatori, in membrane polimeriche da impiegare nell'ossidazione fotocatalitica di substrati organici in ambiente acquoso e nel trattamento di acque inquinate.
Una delle osservazioni più interessanti emerse dallo studio delle membrane fotocatalitiche è stato lo spostamento verso il visibile, rispetto al catalizzatore omogeneo, della banda a trasferimento di carica (CT) del decatungstato eterogenizzato all'interno di membrane a base di polivinilidene fluoruro (PVDF-W10, figura 1). Tale spostamento, aumentando la zona di sovrapposizione dello spettro di assorbimento del catalizzatore con lo spettro di emissione solare, è molto importante nella prospettiva di sviluppare nuovi processi sostenibili facenti uso della radiazione solare come fonte di energia.
Reattori a membrana facenti uso di biocatalizzatori possono essere usati nelle produzioni industriali e di trattamento delle acque.
Presso l'ITM sono state sviluppate metodologie per la preparazione di emulsioni olio in
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