Nanotecnologie sol-gel a basso impatto ambientale

Nanotecnologie green per la sintesi, ingegnerizzazione e applicazione di nanofasi ceramiche

Responsabile: Magda Blosi
Personale coinvolto: Andrea Brigliadori, Anna Luisa Costa, Antonio Crimaldi, Lara Faccani, Davide Gardini, Simona Ortelli, Marina Serantoni, Ilaria Zanoni

Questa linea di ricerca riguarda la sintesi di nanofasi (ossidi o metalli) ottenute per mezzo di metodi chimici a basso impatto ambientale e facilmente scalabili su larga scala.Tali metodi sfruttano l’approccio bottom up a partire dalla reazione dai sali dei metalli precursori, permettendo così la preparazione di nanoparticelle con dimensioni, forma e composizione controllate che possono essere applicate in diversi settori (rivestimenti, catalizzatori, pigmenti). Le nanoparticelle vengono utilizzate sotto forma di:

• sospensioni colloidali stabili di nanoparticelle (sol)
• nanopolveri caratterizzate da aggregati morbidi
• microgranuli nanostrutturati

Materiali e applicazioni

Polveri nano e micrometriche

• Nano-Ag: materiale studiato principalmente per le sue proprietà antibatteriche come rivestimento superficiale o incapsulato all’interno di matrici a basso impatto ambientale per un rilascio antimicrobico controllato (Tessuti ceramizzati)
• Nano-TiO2: materiale versatile sfruttato per diverse funzioni, come la preparazione di rivestimenti fotoattivi, idrofilici/idrofobici o in forma di granulato (micro-polveri nanostrutturate) all’interno di fotoreattori per il trattamento dell’acqua (letto fisso o fluido) (Depurazione acque)
• Nano-SiO2: utilizzato nei rivestimenti a bagnabilità controllata o come matrice inerte per l’incapsulamento delle nanofasi attive
• Nano-Al2O3: utilizzato nei rivestimenti a bagnabilità controllata, per l’ottenimento di superfici con comportamento superidrofobico/superoleofobico su diverse tipologie di superfici (metallo, ceramica, vetro e carta)

Micro-incapsulati

• granuli di silice contenenti complessi luminescenti dei metalli di transizione
• granuli fotocatalitici a base di nanoTiO2 immersi in una matrice di silice (Tessuti ceramizzati)
• catalizzatori di Pt/grafene immersi in una matrice mista di TiO2/SiO2 per reazioni di ossidazione
• catalizzatori a base di CaO-MgO immerse in una matrice di silice e utilizzabili nelle reazioni di trasferimento di idrogeno
• Ag-NPs incapsulate in matrici di amido

Processi e prodotti

Sintesi sol-gel
I sol di ossidi e di metalli vengono solitamente preparati mediante tecnologia sol-gel (in solvente acquoso, organica, via microonde o per metodi idrotermali), realizzando sospensioni stabili e versatili in grado di essere applicate come catalizzatori, pigmenti, nanofluidi termici o per applicazioni come coatings multifunzionali (antibatterici, idro-oloefobici, fotocatalitici, fotoluminescenti) su diverse superfici (ceramica, metallo, tessuto, carta).

Metodo dell’incapsulamento
Una miscela di matrice inerte contenente la nanofase attiva viene essiccata istantaneamente (mediante spray-drying o spray-freeze drying) in modo da ottenere granuli nanostrutturati inerti che agiscono come microcontenitori di nanocariche attive. Questo metodo è versatile e a basso costo e permette di preparare facilmente granuli manipolabili con composizione omogenea e alta superficie specifica. Per via di queste peculiarità tale procedura è particolarmente adatta per preparare catalizzatori multicomponente.

Principali collaborazioni
Dott.ssa Elena Mocchio, Ente nazionale Italiano di Unificazione (UNI) (aspetti legati alla standardizzazione)
Prof.ssa Serena Del Bue, Università di Milano (Dipartimento di Scienze Biomediche, Chirurgiche ed Odontoiatriche)
Prof. Angelo Vaccari, Università di Bologna (Dipartimento di Chimica Industriale)
Dott. Giovanni Baldi, Colorobbia Consulting, Montelupo, Firenze

Progetti
PROTECT
BIORIMA
ASINA
SABYNA

Pubblicazioni e brevetti

• A. Lolli, M. Blosi, S. Ortelli, A.L. Costa, I. Zanoni, D. Bonincontro, F. Carella, S. Albonetti, Innovative synthesis of nanostructured composite materials by a spray-freeze drying process: Efficient catalysts and photocatalysts preparation, Catalysis Today 334 (2019) 193-202
• A. Lolli, V. Maslova, D. Bonincontro, F. Basile, S. Ortelli, S. Albonetti, Selective Oxidation of HMF via Catalytic and Photocatalytic Processes Using Metal-Supported Catalysts, Molecules 23 (2018) 2792
• I. Zanoni, V. Fiorini, M. Rosado, B. Ballesteros, M. Androulidaki, M. Blosi, S. Ortelli, S. Stagni, M. Dondi, A.L. Costa, Encapsulation of cationic iridium(III) tetrazole complexes into a silica matrix: synthesis, characterization and optical properties, New J. Chem. 42 (2018) 9635-9644
• S. Ortelli, A.L. Costa, Nanoencapsulation techniques as useful tool towards “safer by molecular design”, Nano-Structures & Nano-Objects 13 (2018) 155–162
• Magda Blosi, Simona Ortelli, Anna Luisa Costa, Michele Dondi, Alice Lolli, Sara Andreoli , Patricia Benito and Stefania Albonetti, Bimetallic Nanoparticles as Efficient Catalysts: Facile and Green Microwave Synthesis, Materials 2016, 9(7), 550
  A. Costa, M. Blosi “Process for the preparation of nanoparticles of noble metals in hydrogel and nanoparticles thus obtained” (PCT/IB2016/050501)