Applicazioni speciali
Solidi lamellari opportunamente funzionalizzati ed ingegnerizzati per selezionati settori applicativi
SETTORI
Catalisi Eterogenea
I solidi lamellari come le idrotalciti e i fosfati/fosfonati di metalli tetravalenti costituiscono degli ottimi sistemi catalitici eterogenei con elevata attività, selettività e stabilità chimica. La speciale struttura a strati consente di supportare e disperdere finemente un’ampia gamma di fasi metalliche e/o ossidi con attività catalitica.
PRINCIPALI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA
Composizione, struttura, morfologia e granulometria strettamente controllate e regolabili. La struttura monofasica e ben definita garantisce la dispersione delle fasi attive a livello atomico. Il controllo dell’area superficiale consente di modulare l’attività catalitica. L’elevata stabilità termica garantisce il funzionamento, sia come supporto che come catalizzatore, in applicazioni ad alte temperature. La facile rimovibilità dall’ambiente di reazione (filtrazione, separazione) riduce al minimo l’impatto ambientale e la possibilità di contaminazione dei prodotti di reazione. L’elevata attività e selettività per numerosi cicli limita l’esigenza di rinnovare/sostituire il catalizzatore.
L’attività di ricerca e sviluppo di catalizzatori derivati da solidi lamellari è stata condotta in collaborazione con Università, centri di ricerca specializzati ed industrie di settore.
Idrotalciti e fosfati di zirconio e titanio sono stati opportunamente funzionalizzati e testati con successo nei seguenti processi catalitici industriali:
- Polimerizzazione stereospecifica del propilene ossido isotattico
- Catalisi basica: epossidazione di olefine con H2O2
- Baeyer-Villiger ossidazione di chetoni
- Steam reforming di alcool e biomasse per la produzione di idrogeno
- Fischer-Tropsch
- Decomposizione di N2O
- SCR Selective Catalytic Reduction di NO con NH3
- Sintesi di GBL (g-butirrolattone)
Prolabin & Tefarm è in grado di modificare i materiali lamellari controllando direttamente i parametri di sintesi allo scopo di realizzare catalizzatori solidi eterogenei con desiderate:
- Composizione chimica
- Morfologia
- Granulometria e distribuzione dimensionale
- Area superficiale e porosità
Contatta il nostro laboratorio per richiedere il tuo catalizzatore eterogeneo specifico per il tuo processo
Coloranti
La tecnologia di intercalazione in solidi lamellari consente di stabilizzare numerose molecole coloranti fotosensibili, facilmente ossidabili e labili termicamente.
PRINCIPALI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA
La struttura lamellare protegge le molecole coloranti da:
- Possibile fotodegradazione, assorbendo/riflettendo i raggi UV
- Ossidazione, riducendo la permeabilità dell’ossigeno
- Degradazione termica, incrementando la temperatura di decomposizione
Prolabin & Tefarm offre soluzioni tecnologiche per migliorare la stabilità di:
- Coloranti per l’industria delle vernici dei pigmenti
- Coloranti e additivi per il settore delle materie plastiche
- Coloranti e tinteggi per il settore tessile
- Coloranti cosmetici ed alimentari
Conservazione e restauro dei beni culturali
Grazie all’eccellente biocompatibilità e alla possibilità di intercalare una grande varietà di molecole funzionali, le Idrotalciti e i solidi lamellari costituiscono dei materiali ideali per la conservazione dei beni culturali e la prevenzione del deterioramento delle opere d’arte.
I solidi lamellari possono essere facilmente dispersi in matrici polimeriche per la produzione di materiali compositi, vernici e coating, ampliando notevolmente il ventaglio di applicazioni.
Le idrotalciti in particolare possiedono la capacità di intercalare/catturare CO2, anioni e sostanze acide. Questa proprietà permette il loro utilizzo come de-acidificanti, scavenger e come consolidanti per opere in marmo, malta, stucchi di gesso ed affreschi con migliore efficienza rispetto all’idrossido di calcio.
Gli elementi che costituiscono il materiale di base (Mg, Ca, Al, ecc…) sono già presenti in molti dei manufatti artistici quindi il consolidamento strutturale risulta assolutamente sostenibile e compatibile con le malte utilizzate in passato.
L’opportuna modifica della regione interstrato dei materiali consente di introdurre e rilasciare in maniera graduale molecole con funzionalità di estrema importanza per la conservazione delle opere d’arti quali l’inibizione della crescita batterica, l’attività antifunginea, l’anticorrosione e la protezione UV.
I solidi lamellari possono essere formulati ed impiegati per le seguenti applicazioni:
- Nanopolveri per il consolidamento di opera in marmo e gesso (statue, affreschi e monumenti);
- Dispersioni in acqua e solventi green non polari, sia per il consolidamento che la preparazione di coating funzionali;
- Oxygen scavengers: funzionalizzati mediante intercalazione di molecole ad attività antiossidante;
- Antimicrobici: funzionalizzati mediante intercalazione di molecole ad attività biocida;
- Anticorrosivi: funzionalizzati mediante intercalazione di molecole ad attività anticorrosiva o scavenger di cloruri;
- Alkaline reserve: solidi lamellari in grado di rilasciare gradualmente sostanze alcaline;
- Acid scavengers: solidi lamellari in grado di catturare sostanze acide come HCl per la deacidificazione di carte, pergamene e opera in seta (arazzi);
- Enzyme immobilization: enzimi supportati su solidi lamellari per la conservazione di opera in seta.
Tessile
Le idrotalciti e gli altri solidi lamellari possono essere impiegati nel settore tessile allo scopo di conferire ai substrati speciali proprietà funzionali.
Alcuni esempi di proprietà funzionali sono:
- stabilità e solidità del colore
- attività antimicrobica prolungata
- stabilità termica e ritardo di fiamma
- effetti cromici (piezocromia, fluorescenza, ecc…)
I sistemi lamellari possono essere applicati sia su fibre sintetiche che naturali senza apprezzabile alterazione delle proprietà sensoriali dei tessuti e dei filati.
Rimozione e abbattimento di sostanze inquinanti
L’insolubilità e la stabilità termica e chimica dei solidi lamellari permette il loro utilizzo per la rimozione di sostanze inquinanti da matrici liquide e soluzioni acquose.
In particolare grazie alle caratteristiche quali:
- selettività
- elevata capacità di scambio ionico
- elevata area superficiale
- facile separabilità dalle matrici liquide
- basso costo
i solidi lamellari risultano tra i sistemi più efficienti per la rimozione di sostanze indesiderate, per la purificazione di fluidi e per l’estrazione selettiva di determinate specie chimiche.
Le idrotalciti sono particolarmente adatte per la rimozione di sostanze anioniche o con funzionalità acide, mentre i sistemi a base di zirconio o fillosilicati risultano efficaci per la cattura di specie cationiche o protonabili.
Utilizzando i solidi lamellari come supporto o precursori di catalizzatori è possibile realizzare dei sistemi solidi estremamente efficaci e selettivi nei confronti dell’abbattimento di numerose sostanze inquinanti quali NOx, SOx, COV e particolato.
Agricoltura
La perfetta biocompatibilità dei solidi lamellari unita alla capacità di intercalare con elevato carico numerose sostanze funzionali consente la realizzazione di efficaci sistemi per:
- estrazione selettiva di principi attivi e molecole da matrici naturali
- veicolazione e rilascio controllato di sostanze nutrienti e concimi
Nel primo caso le matrici lamellari vengono selezionate in base alla relativa selettività con le molecole di interesse e poi impiegate per catturare/estrarre le sostanze sfruttando lo scambio ionico e l’elevata capacità adsorbente.
Nella seconda applicazione invece i sistemi lamellari vengono utilizzati come carrier per incapsulare e rilasciare al momento opportuno, con cinetiche controllate e note, selezionate molecole funzionali.
In questo modo è possibile preparare dei concimi speciali e formulazioni fertilizzanti in grado di somministrare in maniera efficace ed intelligente i nutrienti e le sostanze bioattive alle piante.