Processi Innovativi per una Chimica Sostenibile

1- Processi Innovativi per una chimica sostenibile

La linea di ricerca che coniuga innovazione di processo e di prodotto con lo sviluppo sostenibile ha un ruolo strategico per l’Istituto e per l’Ente perché prova a fornire risposte all’esigenza pressante dell’industria chimica di ricevere soluzioni tese ad alimentare la crescita e l’innovazione competitiva del paese in aree tecnologiche tradizionalmente presidiate dall’industria italiana.

I ricercatori ICCOM che operano in questa area si pongono due grandi obiettivi strategici:

  • l’innovazione dei processi chimici in termini di efficienza (anche energetica) e selettività, che rappresentano la più pressante istanza di innovamento avanzata dell’industria chimica nazionale (farmaceutica, agrochimica, additivi alimentari, fragranze, materie plastiche etc.);
  • la valorizzazione di feedstock rinnovabili per lo sviluppo di una chimica che sia realmente sostenibile e che elimini le sostanze di scarto o, in alternativa, se presenti, le trasformi in nuove risorse utili per la produzione industriale e con cui produrre ricchezza ed occupazione;

L’attività di ricerca ICCOM in questo ambito si articola nelle seguenti linee tematiche:

  • Attivazione e funzionalizzazione del fosforo bianco mediata da centri metallici
  • Sviluppo ed applicazione di catalizzatori organometallici basati sugli elementi di inizio transizione (early transition metals) e delle terre-rare (serie dei lantanidi)
  • Processi catalitici in fase acquosa e bifasici. Sintesi di scaffold molecolari di leganti amminofosfinici idrosolubili e loro applicazioni in catalisi omogenea di idrogenazione ed idroformilazione
  • Catalizzatori bifunzionali nanostrutturati per processi selettivi sostenibili
  • Design e realizzazione di materiali catalitici ibridi, nanoparticelle metalliche / polimeri organici ed inorganici a porosità duale e monolitici
  • Conversione catalitica a basso consumo energetico di biomasse vegetali
  • Produzione di fine chemicals mediante reattori catalitici a flusso continuo
  • Reattori a membrana catalitica: sviluppo ed applicazioni in chimica fine

 

Highlights

UNA PIETRA MILIARE DELLA CHIMICA DEL FOSFORO: Nei laboratori ICCOM è stato sintetizzato e caratterizzato l’ossido di fosfina (PH3O), il primo composto noto del fosforo nello stato di ossidazione -1. Questa molecola, riconosciuta precedentemente nelle nubi interstellari, è stata ottenuta in laboratorio tramite metodi elettrochimici partendo da fosforo bianco (P4) ed è stata caratterizzata sia come specie libera che come legante in complessi del rutenio bivalente. Collaborazione CNR-ICCOM / RAS IOPC Kazan, Russia / Thermphos Int BV, Vlissingen (Olanda).

Angew. Chem. Int. Ed. 2011,50, 5370, hot paper.

 

CATALISI IN FLUSSO CONTINUO: L’impiego di particelle nano strutturate di palladio supportate su monoliti non convenzionali di titania ha permesso di realizzare un materiale catalitico innovativo che è stato utilizzato con ottimi risultati in reazioni di idrogenazione selettiva operando in flusso continuo.

ACS Catal. 2012, 2, 2194.

PRODUZIONE SOSTENIBILE DI γ-VALEROLATTONE: La conversione catalitica dell’acido levulinico a γ-valerolattone è stata ottenuta in flusso continuo utilizzando catalizzatori eterogenei bifunzionali che agiscono in condizioni blande di reazione.

Green Chem. 2014, 16, 3434.

TERMOREGOLAZIONE DELL’ATTIVITÀ CATALITICA: La reazione di idroformilazione selettiva di olefine terminali a catena lunga è stata realizzata tramite un sistema catalitico termocontrollato a base di rodio(I) in presenza di β-ciclodestrine e di un un legante aminofosfinico funzionalizzato. Collaborazione CNR-ICCOM / Université Lille Nord – CNRS Lens, Francia.

Catal. Sci. Techn. 2011, 1, 1347, cover issue.

CATALIZZATORI A BASE DI ORGANOLANTANIDI: L’attività di ricerca riguarda la progettazione molecolare di catalizzatori single-site e di materiali catalitici tecnologicamente avanzati per applicazione in processi sostenibili di catalisi omogenea e/o eterogenea. Uno degli obiettivi principali consiste nella preparazione di complessi organometallici di transizione (prevalentemente early transitino metals) e delle terre-rare (serie dei lantanidi) e la loro applicazione in processi catalitici di interesse industriale (oligomerizzazione, polimerizzazione e co-polimerizzazione di olefine) anche finalizzati alla produzione di commodities (reazioni di idroamminazione). Collaborazione CNR-ICCOM / RAS Nizhny Novgorod, Russia.

Dalton Trans. 2013,42, 16056, cover issue; Chem. Eur. J., 2014, 20, 3487.

Personale

  • Ricercatori CNR-ICCOM: Pierluigi Barbaro, Maria Caporali, Giuliano Giambastiani, Luca Gonsalvi, Francesca Liguori, Maurizio Peruzzini, Andrea Rossin.
  • Assegnisti, borsisti, collaboratori (2015): Fuencisla Delgado, Antonella Guerriero, Lapo Luconi, Carmen Moreno, Manuel Serrano, Giulia Tuci.

Principali Progetti

  • NANOHOST – “Homogeneous Supported Catalyst Technologies: the sustainable approach to highly-selective, fine chemicals production“, EC FP7 Marie Curie Actions ITN, Eterogenizzazione di catalizzatori omogenei, 769.568 €
  • SUSPHOS – “A European Training Network on Sustainable Phosphorus Chemistry“, EC FP7 Marie Curie Actions ITN, Chimica sostenibile del fosforo, 246.137 €
  • White phosphorus activation and functionalization”, Thermphos International BV (Vlissingen, Olanda), Attivazione e funzionalizzazione del fosforo bianco, 246.000 €.
  • MODUCAT – “New modular self-assembled homogeneous catalysts for asymmetric synthesis in water”, EC FP7 Marie Curie Actions IIF, Catalisi micellare in acqua, 163.074 €
  • Selective chemical reactions by catalytic polymeric membranes”, Nippon Kodoshi Corporation, Giappone, Reattori a membrana catalitica, 162.000 €
  • MIUR – PRIN 2009, “Progettazione di frammenti molecolari contenenti metalli per applicazioni chimiche avanzate”, Attivazione del fosforo e catalisi in acqua, 47.567 €
  • GDRI “Catalyse Homogène pour le Développement Durable (CH2D)” [ CNRS (Francia) / CNR (Italia) / RAS (Russia)]; Catalizzatori a base di organo lantanidi, Processi catalitici in fase acquosa e bifasici, 20.000 €.
  • COST Chemistry Action CM0802 “European Phosphorus Sciences Network (PhoSciNet)”, Chimica del fosforo

Principali Collaborazioni

  • Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A. (Italia)
  • Nippon Kodoshi Corporation (Giappone)
  • BASF Catalyst Research Center (Olanda)
  • Thermphos International (Olanda)

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  • Institut Charles Gerhardt, Montpellier, Francia
  • Université Lille Nord de France UdA-UCCS-CNRS Lens, Francia (F. Hapiot, E. Monflier)
  • INEOS-RAS, Mosca, Russia (A. Kalsin)
  • IOPC-Arbuzov RAS, Kazan (D. Yakhvarov)
  • Razuvaev Institute RAS, Nizhny Novgorod, Russia (A. Trifonov)
  • Ludwig-Maximilien Universität Munchen, Germania (K. Karaghiosoff)
  • Universität Regensburg, Germania (M. Scheer)
  • ETH Zurich, Svizzera (H. Grützmacher)
  • Politecnico di Bari (P. Mastrorilli)
  • Universidad de Almeria, Spagna (A. Romerosa)