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

Abstract

Il progetto GEA si occupa dello sviluppo di alluminosilicati alcalini sintetici, vale a dire geopolimeri, per adsorbimento/separazione/purificazione, chiarendo quando e perché un adsorbente a base geopolimerica può essere preferito a un adsorbente benchmark. I geopolimeri sono materiali a basso cost, prodotti nel rispetto dell'ambiente: sono prodotti a bassa temperatura con una sintesi a base acquosa da materiali naturalmente abbondanti come le argille utilizzando un approccio di chimica verde; è possibile inoltre riutilizzare i geopolimeri a fine vita in altre applicazioni.

Il progetto GEA implementerà una piattaforma di geopolimeri con l'ambizione di collegare la capacità di adsorbimento/desorbimento e la selettività rispetto a specie ioniche e gas a "variabili" compositive e morfologiche come: stechiometria, composizione di fase e proprietà strutturali (direttamente legate a micro -macrostruttura). Agendo sulle variabili, la porosità, la dimensione/distribuzione dei pori e la chimica per l'interazione specifica saranno opportunamente modulate per le applicazioni specifiche di adsorbimento del progetto, che sono:

1) adsorbimento e separazione dell'anidride carbonica in vista del “Carbon Capture and Storage” (CCS);

2) rimozione di ammonio e fosfati dalle acque reflue con finalità di prevenzione dell'eutrofizzazione e recupero di materie prime critiche (recupero e separazione del fosforo).

I risultati del progetto GEA apriranno alla possibilità di personalizzare materiali eco-compatibili (processo a bassa energia) per specifici adsorbimenti e di identificare matrici geopolimeriche in grado di aumentare attivamente nei compositi le prestazioni di altri adsorbenti come zeoliti, apatiti, idrotalciti. Inoltre, i risultati del progetto chiariranno finalmente le reali potenzialità anche su larga scala degli adsorbenti a base geopolimerica rispetto agli adsorbenti di benchmark. Ne consegue che gli impatti di questo progetto nel campo dell'adsorbimento allo stato solido saranno:

- scientificamente rilevanti in quanto il progetto supererà il principale collo di bottiglia che ostacola l'uso più ampio degli adsorbenti geopolimerici, vale a dire la riproducibilità dei risultati relativi anche alle materie prime e alla lavorazione, e il divario tra gli studi di ricerca, che utilizzano spesso scenari non realistici (es. acque reflue sintetiche) rispetto a quelli reali, molto più complessi;

- tecnologicamente rilevanti in quanto l'utilizzo di geopolimeri permette di personalizzare facilmente la forma del solido adsorbente all'impianto di separazione ed aumentare le prestazioni meccaniche e la durata nel tempo.

- economicamente rilevanti perché la sintesi di geopolimeri può essere eseguita con un apporto energetico abbastanza basso.

Progetto PRIN: PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE – Bando 2022. Prot. 20229THRM2

Team di ricerca UNIBO

Matteo Minelli, Dario Frascari, Davide Pinelli, Walter Felix Cossio Guzman

Partner di progetto

CNR-ISSMC Istituto di Scienza, Tecnologia e Sostenibilità per lo Sviluppo dei Materiali Ceramici