GEA

GEopolymer based Adsorbents for effective adsorption and selective separation of CO₂ and eutrophication pollutants

Responsabile: Valentina Medri

Data di inizio: 16/10/2023
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 203.604,00 €
Bando/Action: PRIN: PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE – Bando 2022
Ruolo CNR-ISSMC: Coordinatore
Coordinatore: Valentina Medri (CNR-ISSMC)
Consorzio: Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISSMC); DICAM – Università di Bologna

Il progetto GEA riguarda lo sviluppo di alluminosilicati alcalini sintetici, ovvero geopolimeri, per applicazioni di separazione e purificazione, sfruttando meccanismi di adsorbimento per la cattura di CO2 o inquinanti a base di azoto o fosforo nelle acque reflue. L’obiettivo include l’identificazione di quando e perché un materiale a base geopolimerica può essere preferibile a un adsorbente di riferimento.
È interessante notare che i geopolimeri sono materiali rispettosi dell’ambiente (e a basso costo):
– sono prodotti a una temperatura massima di 80°C con una sintesi a base acquosa da materiali abbondanti in natura, come le argille, utilizzando un approccio basato sui principi della chimica verde;
– alcuni precursori possono essere ottenuti da materiale di scarto, garantendo comunque una purezza e una stechiometria controllata;
– è possibile riutilizzare i geopolimeri dopo l’esaurimento in altre applicazioni (ad esempio in nuovi materiali da costruzione), cosa che rappresenta un vantaggio cruciale rispetto agli adsorbenti di riferimento come il carbone attivo.

GEA svilupperà una piattaforma di geopolimeri con l’ambizione di collegare la capacità di adsorbimento/desorbimento e la selettività rispetto alle specie ioniche e gas alle variabili compositive e morfologiche quali: stechiometria, composizione di fase (anche nei compositi) e proprietà strutturali (direttamente collegate alla micro-macrostruttura). Agendo sulle variabili quali porosità, dimensione/distribuzione dei pori e struttura chimica i geopolimeri saranno opportunamente calibrati per le applicazioni di adsorbimento mirate del progetto, che sono:
1) adsorbimento e separazione di anidride carbonica da fonti concentrate di CO2 (ad esempio gas di combustione), nel contesto di una strategia di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS);
2) rimozione di ammonio e fosfati dalle acque reflue con l’obiettivo di prevenire l’eutrofizzazione e recuperare materie prime critiche (recupero e separazione del fosforo).

I risultati di GEA riveleranno la possibilità di personalizzare materiali eco-compatibili (processo di produzione a basso consumo energetico) per specifici scopi di adsorbimento e di identificare matrici geopolimeriche in grado di aumentare attivamente in compositi le prestazioni di altri adsorbenti come zeoliti, apatiti, idrotalciti. Inoltre, i risultati del progetto chiariranno finalmente le reali potenzialità degli adsorbenti a base di geopolimeri rispetto agli adsorbenti di riferimento su larga scala.
Ne consegue che gli impatti di GEA nel campo dell’adsorbimento saranno:
– Scientificamente valido e rilevante, poiché il progetto supererà i principali colli di bottiglia che attualmente ostacolano un uso più ampio di adsorbenti geopolimerici, migliorando la riproducibilità dei risultati anche relativi alle materie prime e alla lavorazione, e il divario tra studi di ricerca, spesso utilizzando scenari non realistici (ad es. reflui sintetici) e quelli reali, molto più complessi.
– Tecnologicamente rilevante poiché l’utilizzo di geopolimeri consente di personalizzare facilmente la forma del solido adsorbente all’impianto di separazione e di aumentare le prestazioni meccaniche e la durata a lungo termine.
– Economicamente rilevante perché la sintesi dei geopolimeri può essere eseguita con un apporto energetico piuttosto basso.

In GEA, le conoscenze precedenti verranno sfruttate per generare la piattaforma di una nuova famiglia di adsorbenti solidi ecologici e meno costosi, sviluppando diversi livelli di comprensione sistematica e modellizzazione dell’effetto delle principali variabili geopolimeriche sulle prestazioni di adsorbimento. Il progetto GEA sarà articolato in 3 Fasi (vedi figura), di seguito brevemente descritte. La Fase 1 relativa alla progettazione e allo sviluppo dei materiali e la Fase 2 relativa al test e alla selezione dei materiali verranno condotte in modo iterativo.