Sintesi di compositi nanostrutturati a base di TiO2 per la depurazione delle acque

Lo scopo di questo lavoro di tesi consiste nella realizzazione di fotocatalizzatori a base di nano-TiO2 per potenziali applicazioni nel campo della depurazione delle acque reflue. Nello specifico sono stati sintetizzati nanocompositi accoppiando nano-TiO2 a due materiali grafitici: ossido di grafene (GO), tramite ultrasonicazione (TGO) e nitruro di carbonio grafitico (g-C3N4), attraverso due tecniche: ultrasonicazione e polimerizzazione termica in situ. Per i compositi TGO lo studio relativo alla sintesi è stato rivolto all’ottimizzazione della percentuale in peso di GO. Per i compositi a base di g-C3N4 lo scopo è stato quello di valutare quale dei due metodi di sintesi fosse il più efficace. I materiali ottenuti sono stati caratterizzati dal punto di vista chimico-fisico (DLS-ELS, XRD, Band Gap, BET, SEM, FT-IR, TGA-DSC) e funzionale. La caratterizzazione funzionale è stata eseguita per valutare le prestazioni fotocatalitiche dei fotocatalizzatori nanocompositi utilizzando, come reazione modello, la fotodegradazione di Rodamina B, sotto luce UV e solare. I risultati hanno messo in luce che la percentuale ottimale di GO, nei compositi TGO, è pari al 16%. Inoltre, è stato osservato un effetto sinergico tra TiO2 e GO dove i nanocompositi TGO hanno mostrato maggiore attività fotocatalitiche rispetto alla singola TiO2. I dati fotocatalitici hanno evidenziato che il metodo ottimale per la preparazione dei compositi a base di g-C3N4 e TiO2, è la polimerizzazione termica in situ a 500°C.

Sviluppo ed ingegnerizzazione di nuovi sistemi ibridi a base di nanoparticelle inorganiche e bio-tensioattivi

In questo lavoro di tesi è stata investigata la sintesi di compositi a base di nano particelle di biossido di titanio rivestite da un bio-tensioattivo naturale. Il noto fotocatalizzatore (Nano-TiO2) è stato accoppiato ad un bio-tensioattivo dalle riconosciute proprietà antibatteriche, antivirali e anti-tumorali per ottenere un materiale composito multifunzionale. Diverse opzioni di design sono state investigate e la sintesi ottimizzata attraverso una caratterizzazione sistematica dei materiali prodotti, sia sulle sospensioni (DLS, ELS, TEM) sia sui prodotti granulati e calcinati (XRD, FT-IR, SEM, UV-Vis., BET). Per comprendere il ruolo del bio-tensioattivo e i potenziali effetti sinergici che il materiale composito potesse generare, si sono effettuate diverse caratterizzazioni funzionali testando il materiale per la realizzazione di nano-fasi fotocatalitiche da impiegare in processi di adsorbimento/degradazione di inquinanti acquosi, per la realizzazione di rivestimenti tessili antibatterici e come composito utile per l’assorbimento di metalli pesanti.

Formulazione e caratterizzazione di idropitture con materie prime “Bio-Based”

The market for paint products with raw materials derived from renewable sources is growing rapidly in the building industry. When high performance in wet scrub resistance is required, “washable” paints are used. However, formulating products with Bio-Based raw materials generally results in a decrease in performances compared to similar products with raw materials from fossil sources. Therefore, a new formulation approach is needed to characterize polymeric binders from renewable sources and to consider the synergistic effects given by blends of polymeric binders of different origin and chemical structure. To date, the development of new formulations that imply less environmental impact is necessary if these products have to remain competitive in the marketplace. During the trainingship in IVAS S.p.A., washable paints with different PVC (Pigment Volume Concentration) were formulated and tested, evaluating whether the performance of paints with polymeric binders obtained from renewable sources was comparable to those with polymeric binders from fossil sources. The binders were chemically characterized by DSC, FT-IR and NMR analysis. Characterization tests of paints were focused on the evaluation of degree of whiteness, hiding power, dirt setting, and wet scrub resistance. Following the results obtained from the available binder combinations, it was possible to formulate two washable paints with comparable performances to those from fossil sources: paint A with 20 % of alkydic polymer and 80 % styrene/acrylic polymer and paint B with 40 % of alkydic polymer and 60 % styrene/acrylic polymer. Finally, the formulation was completed by adding the mainly Bio-Based derived additives generally used for this category of paints.

Enhancing the value of lignocellulosic biomasses through the production of bionanocomposites

The aim of this work was to optimize a methodology to extract cellulose and to produce NC, from different lignocellulosic biomasses (sorghum, Sorghum bicolor (L.) Moench and sunn hemp, Crotalaria juncea L.). In addition, the NC produced was tested as a reinforcing agent in chitosan (Ch) films, to understand its effects on the properties of this biopolymer. The nanoparticles obtained from sorghum and sunn hemp were incorporated in Ch films at a rate of 2.5% w/w of chitosan, and the resultant bionanocomposites (Sorghum NC films and sunn hemp NC films) were fully characterized in terms of their morphology, mechanical and optical properties, permeability (water vapor), water wettability, and FT-IR spectra analysis. Chitosan films reinforced with commercial nanocellulose at the same rate were tested for comparison, as well as pristine chitosan (control). Bionanocomposites made from sorghum and sunn hemp NC were slightly more saturated and opaque than the pristine chitosan films, in particular outer sorghum NC films. Sunn hemp NC films also showed a slightly higher thickness than sorghum NC films and pristine chitosan films. Further, the results confirmed that sorghum NC improved the strength and stiffness of the chitosan biopolymer and that sunn hemp NC improved the plasticity of the chitosan polymer. Hence, results indicate that those lignocellulosic crops may afford a source of NC for the production of bionanocomposites. Considering the application of those bionanocomposites by the food packaging industry, sorghum NC - chitosan films showed more promising results than sunn hemp NC-chitosan films.