Attività e tematiche di ricerca per lo svolgimento di tirocini interni presso il Laboratorio di Chimica-Fisica PC-SMARTech e il Laboratorio di Chimica per l’Ambiente dell’Infrastruttura di Ricerca SILA (Servizi Integrati di Laboratori Ambientali)

Le attività di ricerca del Laboratorio PC-SMARTech e del Laboratorio di Chimica per l’Ambiente SILA, entrambi diretti dal professor Amerigo Beneduci, si concentrano su tre aree principali legate allo sviluppo di materiali e processi avanzati per l’ambiente. Gli obiettivi includono sia l'acquisizione di conoscenze fondamentali, come le relazioni tra struttura e proprietà dei materiali, sia lo sviluppo di potenziali applicazioni tecnologiche.

Tematiche di ricerca principali

 

1.     Materiali smart

Le attività del nostro gruppo in questo ambito spaziano dalla progettazione di composti in grado di cambiare le loro proprietà ottiche a seguito dell’applicazione di più stimoli esterni quali luce, corrente continua, temperatura, pressione, etc. elettroattivi, alla progettazione e realizzazione di dispositivi responsivi a più stimoli (smart). Le applicazioni possono essere le più diverse: dispositivi elettrocromici per finestre intelligenti per il confort e il risparmio energetico, dispositivi elettrofluorocromici per display, sensori, dispositivi logici I/O, etc., dispositivi per l’anticontraffazione.

Dal punto di vista scientifico, i nostri sforzi sono orientati alla produzione di conoscenze specifiche sulle relazioni tra struttura e proprietà, responsabili della risposta ottica di questi materiali. Questo viene realizzato attraverso una combinazione di metodi sperimentali e teorici.

D’altra parte, siamo anche interessati alle applicazioni tecnologiche di questi materiali. A tal fine, stiamo sviluppando nuovi film plastici laminabili elettrocromici ed elettrofluorescenti "all-in-one", che offrono i vantaggi di costi di produzione ridotti e lunga durata. Questa tecnologia è particolarmente adatta per finestre regolabili nel Vis-NIR, utilizzabili per la modulazione dell’ombreggiatura, consentendo così un risparmio nell’uso dell’energia luminosa e termica.

Gli studenti coinvolti in queste attività scientifiche acquisiscono competenze in Voltammetria Ciclica (CV), Spettroscopia di Impedenza, Spettroelettrochimica UV-Vis-NIR e Spettroscopia di Fluorescenza. Inoltre, acquisiscono esperienza nella fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi.

Inoltre, gli studenti acquisiscono le conoscenze necessarie per l’elaborazione dei dati mediante software dedicati quali Excel e Origin.

  

2. Materiali per la rimozione di inquinanti dalle acque

L'adsorbimento è un processo molto promettente per la rimozione di inquinanti dalle acque. In linea di principio, può essere utilizzato per la bonifica di corpi idrici contaminati sia da inquinanti inorganici (es. metalli pesanti) che organici (idrocarburi, PCB, ecc.). Questo campo di ricerca si concentra sullo sviluppo di materiali adsorbenti, possibilmente derivanti da biomasse lignocellulosiche di scarto o da materiali naturali (es. zeoliti), ma anche da materiali polimerici di sintesi, che fungono da matrici altamente porose e resistenti, suscettibili di essere funzionalizzate e/o mescolate con nanomateriali per generare compositi con proprietà adsorbenti migliori e/o con proprietà fotocatalitiche per la degradazione di inquinanti di natura organica.

Le prestazioni dei materiali adsorbenti vengono studiate per caratterizzarne sia la cinetica che la termodinamica (isoterma di adsorbimento) del processo di adsorbimento. I processi fotocatalitici vengono attivati mediante l’uso di lampade e i meccanismi di fotodegradazione degli inquinanti organici vengono studiati con varie tecniche strumentali quali analisi del carbonio organico totale e dell’azoto totale (TOC e TN), cromatografia ionica (CI) e spettroscopia UV-vis.

Gli studenti coinvolti in queste attività scientifiche acquisiscono competenze nella caratterizzazione chimico-fisica dei materiali adsorbenti (DSC, TGA, CHNS, FT-IR, UV-Vis-NIR, etc.), nella cinetica e termodinamica dell'adsorbimento, nonché in una varietà di altri metodi strumentali come ICP-MS per l'analisi elementare, GC-MS, TOC, TN, CHNS per la determinazione di inquinanti organici, ecc.

Inoltre, gli studenti acquisiscono le conoscenze necessarie per l’elaborazione dei dati mediante software dedicati quali Excel e Origin.

 

Monitoraggio della qualità delle acque naturali

Il monitoraggio della qualità delle acque naturali, quali acque di fiume, acque sotterranee e acque marine costiere, viene effettuato mediante l’impiego di sonde multiparametriche dotate di sensori di varia tipologia e di campionamenti discreti in situ, per le successive caratterizzazioni chimico-fisiche e analitiche in laboratorio.

Gli studenti coinvolti in queste attività scientifiche acquisiscono competenze nella caratterizzazione di campioni di acqua usando metodi standard in accordo alle normative vigenti e strumentazioni di laboratorio avanzate, nonché conoscenze sull’architettura e sui principi di funzionamento dei sensori usati per il monitoraggio in tempo reale. Inoltre, gli studenti acquisiscono le conoscenze necessarie per effettuare analisi statistiche dei dati.