Sintesi di zeoliti e fotocatalizzatori supportati a base TiO2 – Carbon Dots per la produzione di H2 dalla valorizzazione di biomasse di scarto.

Abstract

L’idrogeno è il vettore energetico più desiderato producendo solo acqua mediante combustione. La produzione fotocatalitica di H2 mediante reforming in fase acquosa di diverse sostanze organiche è oggetto di studi approfonditi e l'H2 potrebbe essere presto ottenuto su larga scala sfruttando fonti verdi inesauribili come la luce solare, le acque reflue e i derivati della biomassa. Questo progetto riguarda la sintesi e caratterizzazione di diversi fotocatalizzatori a base di TiO2 per la produzione di H2 verde tramite photoreforming, nella prospettiva di un'economia circolare e in accordo con i principi della Green Chemistry. Per superare gli inconvenienti pratici del TiO2 come l'assorbimento parziale della luce solare e il difficile recupero delle nanoparticelle di TiO2 dopo l'uso, il TiO2 è stato accoppiato con Carbon Dots (CD) e supportato su materiali porosi (magnetici) ottenuti da rifiuti industriali, ad esempio ceneri volanti. Questi scarti possono essere facilmente ottenuti dalla produzione industriale siderurgica e possono essere facilmente trasformati in una risorsa attraverso un semplice metodo di lavorazione: si tratta, cioè, di una zeolite con intrinseche proprietà porose. Queste strategie sono state indirizzate ad un forte miglioramento dell'attività fotocatalitica del TiO2, ad un maggiore assorbimento nella regione della luce visibile e ad una facile separazione del catalizzatore dall'acqua dopo l'uso, per il successivo riciclo in molteplici trattamenti fotocatalitici.

Hydrogen is the most sought-after energy carrier that produces only water through combustion. Photocatalytic production of H2 by reforming various organic substances in aqueous phase is extensively researched and H2 could soon be obtained on a large scale by utilising inexhaustible green sources such as sunlight, wastewater and biomass derivatives. This project addresses the synthesis and characterization of various TiO2-based photocatalysts for the production of green H2 by photoreforming from the viewpoint of a circular economy and in accordance with the principles of green chemistry. To overcome the practical disadvantages of TiO2 such as the partial absorption of sunlight and the difficult recovery of TiO2 nanoparticles after use, TiO2 was coupled with carbon dots (CDs) and applied to porous (magnetic) materials obtained from industrial waste, e.g. fly ash. This waste can be easily obtained from industrial steel production and can be easily converted into a resource through a simple processing method: Namely, it is a zeolite with intrinsic porous properties. These strategies aimed at a strong improvement of the photocatalytic activity of TiO2, a greater absorption in the visible light range and an easy separation of the catalyst from the water after use in order to subsequently reuse it in several photocatalytic treatments.