Caratterizzazione di silice da wastes per applicazioni come supporto per catalizzatori

Abstract

La presente tesi si focalizza sulla caratterizzazione di silice ottenuta da materiali di scarto (wastes) per il suo impiego come supporto catalitico. Il lavoro si inserisce nel contesto del progetto PRIN 2022 PNRR SILCO, volto a valorizzare materiali di scarto industriale per sviluppare soluzioni innovative per la cattura e la conversione della CO₂, in linea con gli obiettivi di sostenibilità ambientale. La ricerca ha previsto la sintesi di silici a partire dall’acido esafluorosilicico, un sottoprodotto industriale, utilizzando diverse tecniche di essiccazione e lavaggio per ottenere materiali con proprietà ottimizzate. Sono stati caratterizzati campioni di silice sia mesoporosa che nanoparticellare, mediante spettroscopia infrarossa (FT-IR), spettroscopia ATR e microscopia elettronica a scansione (SEM). I risultati dell’analisi IR mostrano che le silici ottenute presentano proprietà strutturali e chimiche paragonabili a quelle delle silici commerciali, con gruppi silanolici liberi e legati tramite legami idrogeno che possono interagire con specie reattive. L’acidità superficiale delle silici è stata valutata tramite adsorbimento di pivalonitrile, dimostrando una reattività coerente con quella di materiali commerciali di riferimento. Lo studio dimostra il potenziale delle silici da scarti industriali come alternative sostenibili a supporti catalitici tradizionali, nell’ottica di favorire l’economia circolare e la riduzione dell’impatto ambientale dei processi produttivi.

This thesis focuses on the characterization of silica obtained from waste materials for its use as a catalytic support. The work is part of the PRIN 2022 PNRR SILCO project, aimed at enhancing industrial waste materials to develop innovative solutions for CO₂ capture and conversion, in line with environmental sustainability goals. The research involved the synthesis of silica from hexafluorosilicic acid, an industrial byproduct, using different drying and washing techniques to obtain materials with optimized properties. Both mesoporous and nanoparticulate silica samples were characterized through infrared spectroscopy (FT-IR), ATR spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The IR analysis results show that the obtained silica exhibits structural and chemical properties comparable to those of commercial silica, with free and hydrogen-bonded silanol groups capable of interacting with reactive species. The surface acidity of the silica was evaluated through pivalonitrile adsorption, demonstrating reactivity consistent with that of commercial reference materials. The study highlights the potential of silica derived from industrial waste as a sustainable alternative to traditional catalytic supports, promoting circular economy principles and reducing the environmental impact of production processes.