Un esempio di Economia Circolare: il riciclo e il riuso dei dispositivi Tessili per Sala Operatoria

Negli ultimi decenni l’attenzione alle tematiche della sostenibilità ambientale e dell’inquinamento globale da parte dell’opinione pubblica e delle imprese è in costante aumento. Una tra le principali fonti di inquinamento è costituita dai rifiuti, e di conseguenza, la loro gestione e il loro smaltimento sono diventate una priorità, non solo per le istituzioni, ma anche per le imprese e per i cittadini. Inoltre la crescita della domanda delle risorse presenti in natura è in costante aumento e l’approvvigionamento di esse si è rivelato essere invece soggetto a significativi limiti. In questo attuale contesto quindi, il modello economico lineare fino ad oggi utilizzato, “take-make-dispose”, non risulta più idoneo. Si è sviluppato così il concetto di “Economia Circolare”. L’obiettivo di questa economia è quello di eliminare il concetto di scarto, il rifiuto deve essere considerato una vera e propria risorsa. In questo sistema tutte le attività, a partire dall’ estrazione fino ad arrivare alla produzione, sono organizzate in modo che i rifiuti di uno diventino risorse per un altro. L’obiettivo della tesi è quello di applicare il concetto di Economia Circolare al mercato dei dispositivi tessili per sala operatoria (DTSO), utilizzando la valutazione del ciclo di vita di un prodotto (analisi LCA) in modo da individuare le fasi più critiche e poter operare dei miglioramenti. Dopo essere stati sottoposti a 70 cicli di lavaggio e sterilizzazione i dispositivi TTR (Tessuti Tecnici Riutilizzabili) non sono più idonei ad essere utilizzati in ambito ospedaliero e vengono smaltiti in discarica , così come vengono smaltiti altri miliardi di rifiuti ogni giorno.Questi tessuti, seppur non conformi agli standard qualitativi richiesti dalle norme ospedaliere, possono essere riciclati o riutilizzati in prodotti di altro tipo. L’obiettivo di questo lavoro è quello di reimmettere questi dispositivi in un ciclo di vita di un nuovo prodotto, in ottica appunto di economia circolare.

Elettrodeposizione di catalizzatori a base di Rh su schiume e fibre metalliche di FeCrAlloy per la produzione di syngas

The preparation of structured catalysts active in the catalytic partial oxidation of methane to syngas, was performed by electrosynthesis of hydroxides on FeCrAlloy foams and fibers. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were prepared by co-precipitation of metallic cations on the support and successive calcination. Electrochemical reactions have been studied during the electrodeposition by linear sweep voltammetry. The experiments were performed at supports immersed in KNO3, KCl, Mg2+ and Al3+ aqueous solutions, starting by different precursors (nitrate and chlorides salts) and modifying the Mg/A ratio. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were deposited on metal foams by applying a -1.2V vs SCE potential for 2000s with a nitrate solution of 0.06M total metal concentration. Firstly it was studied the effect of Mg on the coating propierties, modifying the Rh/Mg/Al atomic ratio (5/70/25, 5/50/45, 5/25/70 e 5/0/95). Then the effect of the amount of Rh was later investigated in the sample with the largest Mg content (Rh/Mg/Al = 5/70/25 and 2/70/28).The results showed that magnesium allowed obtaining the most homogeneous and well adherent coatings, wherein rhodium was well dispersed. The sample with the Rh/Mg /Al ratio equal to5/70/25 showed the best catalytic performances. Decreasing the Rh content, the properties of the coating were not modified, but the catalytic activity was lower, due to a not enough number of active sites to convert the methane. The work on metal fibers focused on the effect of precursor concentration, keeping constant composition, potential and synthesis time at the values of Rh/Mg/Al =5/70/25, -1.2V vs SCE and 1000s. However fibers geometry did not allow to obtain a high quality coating, even if results were quite promising.

Ricerca di un diluente reattivo alternativo allo stirene in resine uretano-acrilato per la fabbricazione di materiali compositi

In questo elaborato è presentato uno studio che riguarda lo sviluppo di nuovi materiali compositi fibro-rinforzati a matrice uretano-acrilato termoindurente. Lo studio è basato sulla ricerca di un diluente reattivo alternativo a stirene e vinil toluene, attualmente utilizzati in industria, in grado di migliorare l’aspetto di sicurezza e pericolosità legato alla manipolazione e all’utilizzo dei diluenti, mantenendo o migliorando le proprietà finali della resina. I diluenti selezionati sono circa 30, in base a indicazioni di pericolo EH&S, proprietà chimico fisiche, funzionalità e odore. Sono stati caratterizzati sia i diluenti reattivi puri che i rispettivi formulati uretano acrilato formati da resina addizionata di diluente reattivo. Le proprietà studiate sono state: reattività e comportamento reologico (viscosità e gel time), temperatura di transizione vetrosa (Tg), assorbimento d’acqua, ritiro volumetrico e proprietà meccaniche di resistenza a flessione (3-point bending) e impatto (Charpy). Sulla base dei risultati di screening, sono stati selezionati i diluenti reattivi più performanti e sono stati utilizzati per creare materiali compositi a matrice uretan acrilato rinforzati con fibra di vetro unidirezionale, ottenuti con tecnica di infusione sotto vuoto. Infine sono state caratterizzate le proprietà dei materiali compositi per valutarne la resistenza a flessione, a trazione, all’impatto, l’interlaminar shear strenght (ILSS) e l’assorbimento d’acqua.

Studio di materiali compositi a matrice poliisocianurata resistenti in condizioni di incendio

Il progetto alla base della presente tesi di laurea, sviluppato presso la Dow Italia di Correggio (RE), riguarda lo studio di formulazioni di materiali compositi con matrice polimerica a base di isocianurato, al fine di preparare manufatti con migliorato comportamento in condizioni d’incendio. In particolare si cerca di migliorare il parametro di tenuta isolamento nei test di resistenza al fuoco di serramenti. In bibliografia sono presenti numerosi esempi di matrici polimeriche usate per lo sviluppo di questi materiali, principalmente a base di silicio, mentre la matrice organica che è stata utilizzata in questo progetto è a base di poliisocianurato (PIR) rigido, scelto per la sua elevata stabilità termica. Sono stati analizzati nel dettaglio i vari approcci che sono stati affrontati al fine d’individuare la formulazione più adeguata per lo scopo che ci si è prefissati.

Studio idrogeologico ed isotopico (carbonio e cloro) del caso di inquinamento delle acque sotterranee da parte della discarica "I Tre Monti" (Bussi sul Tirino, Abruzzo).

Bussi Officine è tra i più antichi impianti petrolchimici italiani. I residui di produzione venivano sversati nella discarica I Tre Monti sin dagli anni '70. A circa 2 km di distanza dalla discarica si trova il campo pozzi di Colle S’Angelo, che ha erogato acqua potabile alla città di Pescara fino al 2007. Dal 1992, solventi clorurati sono stati sversati in concentrazioni che variavano nell'ordine di 1x10-1 ppb. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di effettuare uno studio piezometrico, sullo stato di contaminazione dell’area ed uno studio isotopico sulle unità acquifere contaminate. Nel 2017 è stato effettuato il campionamento delle acque sotterranee coinvolgendo 8 piezometri situati nelle zone di contaminazione più gravi applicandovi poi la tecnica CSIA per le analisi isotopiche sui contaminanti ed è stato rilevato il livello piezometrico dei piezometri insieme al livello idrico del fiume Pescara per ricostruire la relazione fiume-falda che è stata riscontrata su tutta l’area; l’andamento si presenta però differente: per gli acquiferi più superficiali si osserva un effetto alimentante del fiume rispetto alla falda; nel caso dell’acquifero più profondo, questo effetto è confermato solo nell’area della discarica, la falda diventa poi alimentante rispetto al fiume nei pressi del campo pozzi. I dati isotopici mostrano un trend verso l’arricchimento che aumenta con la distanza dalla zona sorgente di contaminazione, indice di un processo di degradazione attribuibile alle opere messe in atto per la Messa in Sicurezza d’Emergenza che nel tempo avrebbero causato una riduzione del flusso di ossigeno cambiando le condizioni redox, come testimoniano i valori fortemente negativi del potenziale. Per gli isotopi del cloro l’andamento è più complesso ed apparentemente anomalo rispetto al carbonio: il trend è in verso opposto con un progressivo impoverimento dalla zona sorgente, imputabile ad una possibile coesistenza di più processi provocati dalle opere costruite nel 2012.

Membrane elettrofilate a base di miscele polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati

I compositi laminati presentano problematiche legate alla delaminazione, ovvero al distaccamento delle lamine costituenti, ed allo scarso smorzamento delle vibrazioni (damping). L’obiettivo del presente elaborato di tesi è lo sviluppo e la produzione di membrane nanofibrose prodotte mediante elettrofilatura di blend polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati al fine di migliorarne la proprietà di damping e la resistenza alla delaminazione. Particolare attenzione è stata posta all’ottimizzazione sia dei parametri della soluzione (principalmente concentrazione e sistema solvente) che dei parametri di processo (portata, voltaggio applicato e distanza ago-collettore). La morfologia delle nanofibre è stata osservata mediante microscopia a scansione elettronica (SEM), la quale ha confermato la presenza di nanofibre con diametro nanometrico (200-800 nm), e prive di difetti (beads). Inoltre, le membrane sono state caratterizzate termicamente (TGA e DSC) e meccanicamente (prove di trazione).

Realizzazione di sensori di posizione attraverso integrazione di fibre coassiali allineate

Il seguente elaborato presenta le varie fasi della realizzazione di sensori di posizione attraverso l'integrazione di fibre coassiali piezoelettriche allineate. Grazie all'effetto piezoelettrico diretto, un sensore piezoelettrico è in grado di rilevare l'esatta posizione della sollecitazione meccanica, confrontando le varie differenze di potenziale rilevate dagli elettrodi.

Preparazione mediante elettrofilatura di membrane polimeriche composite per scopi catalitici.

Vi è un crescente interesse verso lo studio di materiali compositi nanostrutturati. Tra questi risultano di particolare interesse le membrane polimeriche composite. Questi materiali presentano proprietà uniche, sono già largamente utilizzate in ambito bio-medicale, industriale e in molti processi di separazione di effluenti liquidi e gassosi. Un’altra applicazione di grande interesse è l’utilizzo di queste membrane come catalizzatori, in particolare per lo sviluppo di sistemi in flusso. Le membrane polimeriche composite per scopi catalitici vengono prodotte inserendo una fase attiva inorganica nella matrice polimerica; una delle tecniche di produzione è l’elettrofilatura. Questa tecnica permette di ottenere fibre polimeriche di diametro sub-micrometrico, sfruttando l’azione di un intenso campo elettrico. In questo lavoro è stata studiata la preparazione di membrane catalitiche aventi come matrice polimerica il Nylon 6,6 e il polietileneossido (PEO), contenenti come fase attiva Au e Pd. La produzione di queste membrane viene studiata per una possibile applicazione in sistemi in flusso per l’ossidazione selettiva del 5-idrossimetilfurfurale (5-HMF) ad acido 2,5 furan-dicarbossilico (FDCA). Questa reazione è molto importante, in quanto consente di ottenere monomeri plastici di origine vegetale, come può essere l’FDCA.

Adsorbimento dinamico di CO2 in compositi innovativi a base geopolimerica

Fra le alternative proposte per la riduzione delle emissioni di CO2, le tecniche di Carbon Capture si presentano come un’efficace soluzione per il breve e medio termine. Fra queste, l’adsorbimento su fase solida per la rimozione di CO2 da correnti gassose si prospetta come una valida alternativa rispetto al convenzionale assorbimento ad umido. Questo lavoro di tesi si è occupato della sintesi di un composito a base geopolimerica presso l’ISTEC/CNR di Faenza, da impiegare per l’adsorbimento di CO2 a bassa temperatura, e dell’analisi del suo comportamento in regime di adsorbimento dinamico. Tale materiale è stato sintetizzato tramite attivazione con soluzione alcalina di metacaolino 1200S addizionato con polveri di zeolite Na13X. Esso costituisce una opzione interessante per la cattura di CO2, mostrando capacità di adsorbimento superiori a 1 mmol/g per concentrazioni di CO2 del 14% (a pressione atmosferica), simili a quelle presenti in molti processi industriali. Le prestazioni in regime dinamico risultano inoltre simili a quelle registrate nel regime statico. Le prove sperimentali hanno evidenziato la criticità della rigenerazione del materiale, in particolare riguardo all’eliminazione dell’acqua. Una temperatura di 130°C si mostra adatta per ottenere un’elevata rigenerazione del materiale, con rimozione sia di CO2 che dell’umidità adsorbita. Dalle prove svolte è risultato evidente come non sia conveniente operare con desorbimenti a temperatura ambiente e pressione atmosferica, ma sia necessario operare combinando swing di pressione e temperatura. È stato inoltre valutato l’effetto di una più bassa temperatura di adsorbimento (2°C), che porta ad un aumento della capacità del materiale. Sviluppi futuri in questo campo potrebbero essere la produzione di monoliti geopolimerici a porosità strutturate tramite tecniche innovative quali il freeze-casting e l’utilizzo di compositi integrati con additivi che ne migliorino le performance in termini di conducibilità termica.

Nanofibre contenenti grafene per la modifica di compositi laminati: ottimizzazione del processo di elettrofilatura

I compositi laminati, specialmente i Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRPs), possiedono ottime proprietà meccaniche ed un peso contenuto rispetto i materiali metallici. Uno dei problemi più importanti che i laminati presentano è il cedimento per delaminazione, ovvero il distaccamento delle lamine che costituiscono il composito, in seguito a sollecitazioni esterne e/o alla presenza di difetti formati durante il processo di lavorazione. Per poter minimizzare tale fenomeno sono stati studiati vari metodi; fra questi vi è l’utilizzo di tessuti nanofibrosi che, intercalati fra le lamine, riescono ad ostacolare efficacemente la propagazione della cricca. Nel presente lavoro di tesi sono stati prodotti, mediante elettrofilatura, tessuti nanofibrosi polimerici additivati con grafene, da impiegare per la modifica strutturale di compositi laminati. In particolare, è stata svolta l’ottimizzazione delle soluzioni (concentrazione polimero, sistema solvente) e dei parametri di processo (potenziale, portata, distanza ago-collettore) per diversi materiali polimerici. Per effettuare un’efficiente dispersione del grafene sono stati effettuati vari cicli di sonicazione. Le membrane sono state caratterizzate morfologicamente mediante microscopia elettronica (SEM) e termicamente mediante calorimetria differenziale a scansione (DSC). Infine, sono stati prodotti tessuti di grandi dimensioni adatti ad essere integrati, prossimamente, in compositi laminati per verificarne l’efficacia contro la delaminazione.

Sviluppo di materiali compositi a base di Aquivion® PFSA per la valorizzazione catalitica del furfuril alcol

L'elaborato di tesi si è posto l'obiettivo di studiare la sintesi e l'attività catalitica di diversi materiali compositi a base di Aquivion, resina pefluorosolfonica dalle caratteristiche superacide, e vari ossidi su una reazione di valorizzazione catalitica del furfuril alcol. I test catalitici sono stati inizialmente svolti allo scopo di determinare l'influenza delle caratteristiche del catalizzatore e delle condizioni operative. La comparazione dei risultati ottenuti ha successivamente permesso di trarre ulteriori informazioni interessanti sul meccanismo di reazione. In particolare, le proprietà superficiali degli ossidi indagati hanno giocato un ruolo determinante per la generazione di acqua a partire dal solvente alcolico, acqua che è risultata fondamentale per alcuni step della reazione.

Effects of Accelerated Hygroscopic Ageing on Interlaminar Shear Strength and Glass Transition Temperature of CFRP

This study, which is undertaken in cooperation with Riba-COMPOSITES, investigates the effects of hygroscopic ageing on the Interlaminar Shear Strength and Glass Transition Temperature of short-beams made of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites provided by two different vendors. The materials have the same weave pattern but differ in the epoxy resin formulation. The tests are done in accordance with ASTM. Accelerated ageing techniques are carried out by immersion of the specimens in deionized water at 70°C for different periods of time, developing different degrees of ageing. The results of the tests confirm that hygroscopic ageing causes a loss of properties and a depression of the glass transition temperature in both the materials. However, since one of the two materials shows more constant property degradation, its behaviour in service conditions should be more easily predictable.

Qualificazione di conglomerati bituminosi di riciclo (RAP) come aggregati per calcestruzzi sostenibili

Per conglomerato bituminoso di riciclo (Recycled Asphalt Pavement, RAP) si intende il materiale rimosso dalle pavimentazioni stradali in seguito ad opere di manutenzione. Per sua natura, dunque, tale materiale è costituito da aggregati naturali ricoperti da bitume in superficie. Il riciclo del RAP per la produzione di nuovo conglomerato bituminoso è da tempo in uso; tuttavia, una grande quantità di RAP rimane stoccata in impianto o inviato in discarica. Di conseguenza, diversi studi scientifici hanno investigato l’impiego del RAP in sostituzione agli aggregati naturali per la produzione di calcestruzzo, ma ancora non ci sono ricerche specifiche che valutano le caratteristiche del RAP come aggregato e la durabilità sul calcestruzzo realizzato con RAP. Questa tesi si sviluppa nell’ambito di un progetto, finanziato dalla Fondazione Cariplo, sull’economia circolare per l’utilizzo dei RAP nei calcestruzzi (coordinatore del progetto: Politecnico di Milano, partners del progetto: Università di Bologna, UniBO/DICAM e Istituto per le Tecnologie della Costruzione – Consiglio Nazionale delle Ricerche, ITC-CNR). Gli obiettivi di questa tesi sono stati la caratterizzazione dei RAP provenienti da cinque siti di produzione differenti e l’analisi di calcestruzzi realizzati con diverse percentuali di RAP e tipi di cemento. Si è voluto studiare come l’impiego di questo materiale di riciclo influenzi le proprietà del calcestruzzo indurito. I risultati ottenuti sui diversi RAP hanno messo in luce differenze fra le diverse forniture e rispetto agli aggregati naturali comunemente utilizzati in miscele di calcestruzzo. Inoltre, lo strato bituminoso esterno influenza notevolmente le proprietà del RAP nei confronti dell’adesione con la matrice cementizia. Nei calcestruzzi contenenti RAP è stato riscontrato un generale aumento di porosità aperta e di macro-porosità rispetto ad un calcestruzzo ordinario, caratteristiche che possono influire sulla durabilità del prodotto.

Modellazione assistita di curve di probabilità (POD) per il rilevamento di difetti strutturali mediante fibre ottiche

I sensori a fibre ottiche rappresentano una delle tecnologie più promettenti per il monitoraggio di varie strutture ingegneristiche. Tali sensori, dopo che sono stati incollati su differenti tipologie di strutture grazie a un dispositivo optoelettronico, restituiscono il profilo di deformazione del materiale ospite. Tuttavia, risulta piuttosto complicato ottenere queste curve, in quanto sono necessari numerosi provini che richiedono spese onerose e molto tempo per i singoli esperimenti. In più, si deve tenere in considerazione che i provini non sono mai completamente identici e che l’operatore può commettere errori. In questo studio si genera un programma attraverso cui si simulano diversi andamenti di deformazione, cercando di riprodurre al meglio i vari casi sperimentali. Infine, utilizzando un codice già esistente, si ricavano le curve di probabilità di rilevamento del danno in funzione della lunghezza di cricca. Una volta creato il codice, si modificano alcuni parametri, in particolare si alterano lo shear lag e alcune caratteristiche meccaniche della fibra ottica, ovvero il raggio e il modulo di Young, per vedere l’influenza che hanno sulle curve di probabilità. I risultati hanno dimostrato che lo shear lag della fibra ottica deve essere il più possibile alto e di conseguenza il raggio e il modulo di Young della fibra devono essere bassi, in quanto quest’ultimi si trovano a denominatore della formula usata per calcolare lo shear lag.

Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei

Nel mio elaborato di tesi dal titolo “Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei” tratto la fisiologia del tessuto osseo, le cellule che lo compongono, i danni che esso può subire e il processo di riparazione spontaneo che si attua in caso di lesioni. Analizzo quindi differenti tipologie di frattura e le terapie chirurgiche e non-chirurgiche attualmente disponibili, con un occhio di riguardo nei confronti dell’ingegneria dei tessuti - che intende riparare il tessuto danneggiato mediante l’impianto di costrutti bioibridi costituiti da cellule a bordo di scaffold realizzati con biomateriali adeguati. In quest’ottica presento quindi un lavoro di ricerca pubblicato recentemente da Yuwono et al., nel quale viene presentato uno scaffold composito elettrofilato, caratterizzato da nanofibre polimeriche e caricato con particelle di idrossiapatite, che viene proposto come un eccellente candidato all’utilizzo in terapia.