Galzerano, Barbara (2020) Materiali porosi multifunzionali per applicazioni edilizie e ambientali. [Tesi di dottorato]

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Tipologia del documento:	Tesi di dottorato
Lingua:	Italiano
Titolo:	Materiali porosi multifunzionali per applicazioni edilizie e ambientali.
Autori:	Autore Email Galzerano, Barbara barbara.galzerano@unina.it
Data:	13 Marzo 2020
Numero di pagine:	126
Istituzione:	Università degli Studi di Napoli Federico II
Dipartimento:	Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale
Dottorato:	Ingegneria dei prodotti e dei processi industriali
Ciclo di dottorato:	32
Coordinatore del Corso di dottorato:	nome email Mensitieri, Giuseppe mensitie@unina.it
Tutor:	nome email Liguori, Barbara [non definito] Caputo, Domenico [non definito] Verdolotti, Letizia [non definito] Lavorgna, Marino [non definito]
Data:	13 Marzo 2020
Numero di pagine:	126
Parole chiave:	diatomite, isolante, adsorbenti a basso costo
Settori scientifico-disciplinari del MIUR:	Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/22 - Scienza e tecnologia dei materiali
Depositato il:	22 Mar 2020 23:55
Ultima modifica:	08 Nov 2021 12:09
URI:	http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/13163

Abstract

L’obiettivo del progetto di ricerca riguarda la messa a punto e la caratterizzazione di un materiale poroso multifunzionale (MPM) eco-sostenibile ottenuto a partire da diatomite per applicazioni nel settore ambientale e/o della bioedilizia. Il MPM è realizzato a partire da materie prime di origine naturale: la diatomite (materiale nanoporoso) e un tensioattivo vegetale derivante dall’olio di cocco come agente schiumogeno. L’espanso che si ottiene presenta diverse proprietà: isolamento termico (per la presenza nel contempo di una porosità gerarchica, macro-micro-nano, ed aperta su scala nano), leggerezza (densità variabile da 200 a 400 kg/m3), buone proprietà meccaniche (confrontabili ai calcestruzzi leggeri), traspirabilità al vapore acqueo e resistenza al fuoco. Inoltre, le proprietà meccaniche possono essere migliorate modificando la formulazione base con l’aggiunta di fibre sintetiche e naturali. La multifunzionalità dei materiali porosi ottenuti consente l’applicazione di tale prodotto sia nella bio-edilizia, come parete isolante in grado di fornire proprietà di isolamento termico, sia come adsorbente nell’ambito della purificazione delle acque reflue. Il processo produttivo implementato consente di modulare le proprietà del materiale poroso progettando opportunamente materie prime e parametri di processo. Prima fase della ricerca: formulazione e ottimizzazione del materiale espanso. Sono state preparate diverse formulazioni e dei campioni ottenuti sono state valutate le proprietà chimico-fisiche, meccaniche e funzionali. Dai dati ottenuti dalla sperimentazione, è stato possibile studiare l’influenza dei differenti reagenti e del processo di foaming sulle caratteristiche del prodotto finale. Seconda fase della ricerca: valutazione dei possibili campi di applicazione dei MPM prodotti. È stata valutata la possibilità di utilizzare i MPM per la produzione di pannelli isolanti per l’efficientamento energetico di edifici e come filtro per la purificazione delle acque. Il materiale espanso formulato con l’aggiunta di fibre naturali e sintetiche, ha dato buoni risultati per l’applicazione edilizia, mostrando buone caratteristiche meccaniche, bassa densità e capacità di isolamento termico, simili a altri prodotti espansi (cementi cellulari) già disponibili sul mercato, che la rendono un buon candidato per l’utilizzo come pannello isolante in edilizia. A partire dalla formulazione ottimizzata all’inizio del lavoro di ricerca sono state preparati diversi formulati fibro-rinforzati al fine di ottenere campioni con migliorate prestazioni meccaniche a flessione. In particolare alla matrice di partenza è stato addizionato l’1% di fibre naturali (canapa), fibre di scarto industriale sintetiche, inoltre sono stati preparati fibro-rinforzati anche con fibre polimeriche (polipropilene) come confronto, in quanto, questo sono quelle già usate in ambito industriale nei calcestruzzi. La presenza delle fibre ha permesso di incrementare le proprietà meccaniche del MPM, in quanto le fibre assorbono gli sforzi imposti alla matrice e portano il comportamento a rottura degli espansi da fragile a duttile sebbene il valore assoluto di sforzo a rimanga pressoché costante a 0.8 MPa. Solo nel caso delle fibre di scarto industriale si ha una leggera diminuzione della resistenza a flessione probabilmente causata da una discontinuità introdotta dall'aggiunta di fibre nella matrice. La presenza delle fibre non intacca nemmeno le qualità di leggerezza e conducibilità termica della matrice, che si mantengono, rispettivamente, tra 310-350 kg/m3 e tra 0.03-0.045 W/mK. Partendo dalle caratteristiche intrinseche di adsorbente ambientale della materia prima (la diatomite), è stata valutata la capacità adsorbente del MPM ottenuto. L’utilizzo di un solido monolitico (MPM) e non in polvere (diatomite) nell’ambito dell’adsorbimento, consente di migliorarne le prestazioni in termini di trasferimento di massa, stabilità chimica e meccanica, e di conseguenza ampliarne le applicazioni industriali. Il MPM ha mostrato buone capacità adsorbenti, anche superiori a quelle riscontrate con la diatomite tal quale. Infatti la capacità massima di adsorbimento della diatomite è risultata essere 5.8 mg/g, mentre il MPM, nel quale l’ammontare di diatomite è del 20%, raggiunge i 6.4 mg/g.. Pertanto, se normalizzassimo al 100% in peso di diatomite avremmo un adsorbimento dell’inquinante, da parte del MPM, circa sei volte superiore rispetto alla diatomite tal quale, utilizzata come riferimento. In entrambi gli ambiti di applicazione, il MPM a base di diatomite, opportunamente formulato ha dato buoni risultati. Infatti, in base alle caratterizzazioni effettuate, si può affermare che i pannelli fibro rinforzati prodotti abbiano buone capacità termoisolanti, resistenza a alte temperature e a fuoco, e buone proprietà meccaniche che li rendono adatti all’utilizzo in ambito edile. Inoltre il MPM a base di diatomite ho mostrato di avere una efficienza nell’adsorbimento di cadmio da soluzioni acquose superiore rispetto alla diatomite, sua costituente di base, già sperimentata in letteratura come adsorbente. Il che porta ad affermare che il MPM possa essere una valida alternativa low-cost ai materiali adsorbenti di metalli pesanti abitualmente utilizzati. I risultati di questo progetto, quindi, hanno portato allo sviluppo di un materiale poroso multifunzionale economico, resistente al fuoco, ecosostenibile, isolante termico e con capacità adsorbenti che potrà essere utilizzato sia in ambito edilizio che nella purificazione delle acque.

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