Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra
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Daniela D'Alessio



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Studio cristallografico–mineralogico di materiali assorbitori di gas 

Il progetto di ricerca si attiene al tema “Materiali avanzati” e prevede una collaborazione tra il Prof. Mario Tribaudino ed il gruppo di “Scienza e Tecnologia dei Materiali Innovativi” del Prof. Mauro Riccò. 

Studiare le cinetiche di assorbimento e desorbimento di materiali potenziali assorbitori di gas costituisce il fine di suddetto progetto. Da un punto di vista applicativo, lo stoccaggio di gas in materiali assorbitori presenta due problematiche cruciali, attualmente in fase di studio e concernenti aspetti energetici e tecnologici, rispettivamente chiarire le condizioni in cui avvengono i fenomeni di assorbimento e desorbimento e definire le modalità di immagazzinamento/estrazione dei gas nei/dai materiali assorbitori. A supporto dello studio cinetico, i materiali indagati dovranno essere caratterizzati mediante definizione delle proprietà cristallografiche (studio strutturale) e mineralogiche (composizione chimica, condizioni di formazione e trasformazione, proprietà fisiche, struttura cristallina, utilizzo antropico). Al fine di condurre uno studio così articolato, è necessario organizzare un approccio multianalitico: calorimetria a scansione differenziale (DSC) e termogravimetria (TGA), diffrazione neutronica (ND) e di raggi X (XRD), tecniche spettroscopiche (IR, NMR, Raman) sono alcuni metodi analitici caratterizzanti l’approccio suddetto. Per quanto concerne le analisi diffrattometriche, si prevede di sfruttare tecniche di diffrazione neutronica, impiegando come sorgenti di neutroni reattori nucleari e sorgenti a spallazione e di diffrazione di raggi X da sorgenti convenzionali e da sincrotrone: le prove sperimentali saranno condotte in condizioni ambientali e modificando i parametri atmosferici, barici e termici con opportuni apparati e dispositivi strumentali.

I materiali indagati sono melanoflogite e nanostrutture di carbonio. La melanoflogite è un polimorfo della silice con una struttura ricca di cavità che lo rende interessante per lo stoccaggio di gas: l’identificazione e la localizzazione delle specie molecolari ospiti e la determinazione dello stato energetico molecolare e delle interazioni tra molecole ospiti ed impalcatura silicatica sono alcuni dei numerosi interrogativi da risolvere per caratterizzare questo minerale ancora poco studiato. Un’altra classe di materiali promettenti assorbitori di gas sono i sistemi nanostrutturati a base di carbonio, già ampiamente caratterizzati e tuttora oggetto di numerosi progetti di ricerca. Mentre per questi ultimi i campioni sono prodotti in laboratorio mediante procedure di sintesi consolidate, per la melanoflogite sono previsti un campionamento di esemplari naturali provenienti da diversi giacimenti italiani e la definizione di metodologie di sintesi attualmente poco chiare.

 

Materials for gas storage: crystallographic and mineralogical study 

The research project is related to the “Advanced Materials” subject and it contemplates a collaboration between Prof. Mario Tribaudino and the group of “Innovative Materials Science and Technology” supervised by Prof. Mauro Riccò.

The aim of the above‒mentioned research project is to study the characteristic sorption and desorption kinetic processes of potentially gas sorbent materials. From a practical point of view, gas storage in sorbent materials shows two crucial questions, which are currently studied and concern energetic and technological aspects, respectively the explanation of sorption and desorption kinetic phenomena conditions and the definition of gas storage/extraction in/from sorbent materials. In support of the kinetic study, the investigated materials will be characterized through the definition of their crystallographic and mineralogical properties, respectively structural investigation and chemical composition, crystalline structure, physical properties, formation and transformation conditions and anthropic use. To perform such a well–structured study, a multi–analytical approach is necessary: differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA), neutron diffraction (ND) and X–ray diffraction (XRD), spectroscopic techniques (IR, NMR, Raman) are some analytical techniques characteristic of the above–mentioned approach. From the diffraction analyses point of view, neutron diffraction (using nuclear reactors and spallation sources) and X–ray diffraction (using conventional sources and synchrotron radiation) techniques are projected: experimental tests will be performed in standard conditions and changing atmospheric, pressure and thermal parameters using appropriate instrumental devices.

The investigated materials are melanophlogite and carbon nanostructures. Melanophlogite is a silica polymorph with a microporous structure that makes this mineral interesting for gas storage: the identification and locationing of molecular guest species and the determination of molecular energetic states and interactions between guest molecules and silicate framework are some of the several questions to solve in order to characterize this mineral currently little known. Another group of potentially gas sorbent materials are carbon nanostructures, already abundantly characterized and currently subject matter of many research projects. Whereas carbon nanostructures samples are synthesized in laboratory, using well–established synthesis techniques, for melanophlogite a sampling of natural samples taken from different Italian deposits and the definition of synthesis methods, which are still to be defined, are planned.

 

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Ultimo aggiornamento: 31/01/2015 20:25
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