ITSA20130011A1 - PHOTOCATALYTIC POLYMERIC AIRPLANES AND PROCESSES FOR THEIR ACHIEVEMENT. - Google Patents

PHOTOCATALYTIC POLYMERIC AIRPLANES AND PROCESSES FOR THEIR ACHIEVEMENT.

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ITSA20130011A1
ITSA20130011A1 IT000011A ITSA20130011A ITSA20130011A1 IT SA20130011 A1 ITSA20130011 A1 IT SA20130011A1 IT 000011 A IT000011 A IT 000011A IT SA20130011 A ITSA20130011 A IT SA20130011A IT SA20130011 A1 ITSA20130011 A1 IT SA20130011A1
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IT
Italy
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airgels
particles
dispersion
photocatalytic
weight
Prior art date
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IT000011A
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Italian (it)
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Paolo Ciambelli
Christophe Daniel
Gaetano Guerra
Simona Longo
Olga Sacco
Diana Sannino
Vincenzo Vaiano
Innocenzo Venditto
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Univ Degli Studi Salerno
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di breveto per invenzione industriale dal titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:

AEROGELI POLIMERICI FOTOCATALITICI E PROCESSI PER IL LORO OTTENIMENTO PHOTOCATALYTIC POLYMER AIRGROUNDS AND PROCESSES FOR THEIR OBTAINMENT

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

L’invenzione presentata riguarda aerogeli polimerici contenenti particelle micrometriche e nanometriche con proprietà fotocatalitiche, omogeneamente distribuite. La preparazione di tali aerogeli consente di disperdere efficacemente le particelle fotocatalitiche, evitandone l’aggregazione e massimizzandone in tal modo la superficie fotoattiva. The invention presented concerns polymeric airgels containing micrometric and nanometric particles with photocatalytic properties, homogeneously distributed. The preparation of these airgels allows to effectively disperse the photocatalytic particles, avoiding their aggregation and thus maximizing their photoactive surface.

Per fotocatalisi s’intende l’accelerazione di una reazione chimica attivata dalla luce in presenza di un catalizzatore. Tipicamente il processo coinvolge un solido semiconduttore. L'assorbimento di ima quantità di energia luminosa maggiore o uguale a quella corrispondente al salto di banda del semiconduttore E ), dà luogo ad un trasferimento di elettroni dalla banda di valenza a quella di conduzione ed alla conseguente generazione di lacune elettroniche (h<+>) nella banda di valenza. La coppia elettrone-lacuna elettronica può reagire con una specie accettore o donatore di elettroni adsorbita sulla superficie del semiconduttore dando luogo rispettivamente a reazioni di riduzione o di ossidazione. Questi processi sono molto aggressivi e possono portare alla distruzione di batteri o virus oppure ossidare molecole organiche formando C02e H20. Nell’ultimo decennio, ad esempio, l’utilizzo del biossido di titanio come fotocatalizzatore è diventato il punto focale di numerosi studi a causa del suo impiego nel trattamento di sostanze inquinanti sia in correnti liquide che in correnti gassose. By photocatalysis we mean the acceleration of a chemical reaction activated by light in the presence of a catalyst. Typically the process involves a solid semiconductor. The absorption of a quantity of light energy greater than or equal to that corresponding to the band jump of the semiconductor E), gives rise to a transfer of electrons from the valence band to the conduction band and to the consequent generation of electronic holes (h <+ >) in the valence band. The electron-hole pair can react with an acceptor or donor species of electrons adsorbed on the surface of the semiconductor giving rise to reduction or oxidation reactions respectively. These processes are very aggressive and can lead to the destruction of bacteria or viruses or oxidize organic molecules forming C02 and H20. In the last decade, for example, the use of titanium dioxide as a photocatalyst has become the focal point of numerous studies due to its use in the treatment of pollutants in both liquid and gaseous streams.

Il catalizzatore semiconduttore più ampiamente utilizzato nei processi fotoindotti è il biossido di titanio (Ti02) o titania in forma anatasio. L’utilizzo della radiazione solare consente di ridurre notevolmente i costi energetici relativi ai processi fotocatalitici, ma l’elevato band-gap dell’ossido di titanio (3,2 eV per l’anatasio) tuttavia restringe la frazione di radiazione solare in grado di provocare la formazione della coppia buca-elettrone. Solo il 4-5% della luce solare che raggiunge la superficie terrestre ha una lunghezza d’onda compresa nell’intervallo 300-400 nm (vicino UV); di consegùenza, dato che la titania può essere attivata solo attraverso la radiazione UV, tale fonte naturale non è generalmente sufficiente. Per tale motivo esistono numerosi studi su questo catalizzatore che hanno l’obiettivo di modificarne le caratteristiche strutturali e composizionali (attraverso drogaggio e sintesi di vario tipo) al fine di minimizzare questo problema intrinseco del biossido di titanio. Attraverso il drogaggio con metalli di transizione o con eternatomi si sposta la soglia dell’assorbimento della titania dalla regione ultravioletta a quella visibile. The most widely used semiconductor catalyst in photoinduced processes is titanium dioxide (Ti02) or titania in anatase form. The use of solar radiation significantly reduces the energy costs related to photocatalytic processes, but the high band-gap of titanium oxide (3.2 eV for anatase) nevertheless restricts the fraction of solar radiation capable of cause the formation of the electron-hole pair. Only 4-5% of sunlight that reaches the earth's surface has a wavelength in the 300-400 nm range (near UV); consequently, since titania can only be activated through UV radiation, this natural source is generally not sufficient. For this reason, there are numerous studies on this catalyst that aim to modify its structural and compositional characteristics (through various types of doping and synthesis) in order to minimize this intrinsic problem of titanium dioxide. Through doping with transition metals or with eternatomes, the titania absorption threshold shifts from the ultraviolet to the visible region.

Al fine di pervenire ad elevate attività fotocatalitiche, oltre alla formulazione del catalizzatore, è necessaria anche un’adeguata configurazione reattoristica. Infatti, quando si realizza una reazione fotocatalitica, sono necessari un’irradiazione ottimale del fotocatalizzatore e un buon contatto tra catalizzatore e reagenti. A tale scopo sono stati impiegati diversi reattori (T. Van Gerven, G. Mul, J. In order to achieve high photocatalytic activities, in addition to the formulation of the catalyst, an adequate reactor configuration is also required. In fact, when a photocatalytic reaction is carried out, optimal irradiation of the photocatalyst and good contact between catalyst and reactants are required. For this purpose, different reactors have been used (T. Van Gerven, G. Mul, J.

Moulijn, A. Stankiewicz, Chem. Eng. Process, 46 (2007) 78J); tra i più citati si trovano reattori slurry (liquido-solido-gas) a completo mescolamento, che comportano ima elevata probabilità di collisione tra i fotoni diffusi e le particelle di fotocatalizzatore disperse nella fase liquida. Tali reattori presentano però lo svantaggio di dover prevedere costosi processi di separazione del catalizzatore dalla fase liquida depurata. Inoltre le pompe ricircolanti tipicamente presenti in tali configurazioni reattoristiche sono soggette a elevata usura quando nella fase liquida circolano delle sospensioni contenenti nanoparticelle. Moulijn, A. Stankiewicz, Chem. Eng. Process, 46 (2007) 78J); among the most cited are slurry reactors (liquid-solid-gas) with complete mixing, which entail a high probability of collision between the scattered photons and the photocatalyst particles dispersed in the liquid phase. However, these reactors have the disadvantage of having to provide for expensive processes for separating the catalyst from the purified liquid phase. Furthermore, the recirculating pumps typically present in such reactor configurations are subject to high wear when suspensions containing nanoparticles circulate in the liquid phase.

Una soluzione proposta per tale problema tecnico è quella di realizzare reattori eterogenei a letto fisso in cui il fotocatalizzatore è supportato in forma granulare o di film sottile su materiali sia organici (P. Lei, F. Wanga, X. Gaoa, Y. Dinga, S. Zhanga, J. Zhàob, S. Liuc, M. Yanga, Journal of Hazardous Materials 227-228 (2012) 185; S. Singh, H. Mahalingam, P. Kumar Singh, Applied Catalysis A: General 462- 463 (2013) 178) che inorganici. In questo caso però si inducono fenomeni di aggregazione tra le particelle di catalizzatore che si riflettono in un peggioramento delle proprietà fotocatalitiche (O. Sacco, M. Stoller, V. Vaiano, P. Ciambelli, A. Chianese, D. Sennino, International Journal of Photoenergy (2012) Volume 2012, Artide ID 626759, 8 pages doi:10.1 155/2012/626759; L. Rizzo, D. Satinino, V. Vaiano, O. Sacco, A. Scarpa, D. Pietro giacomi, Applied Catalysis B: Environmental 144 (2014) 369). È essenziale quindi realizzare un fissaggio del catalizzatore su un supporto ed allo stesso tempo minimizzare i fenomeni di aggregazione tra le particelle del semiconduttore e quindi mantenere elevata l’area superficiale del fotocatalizzatore. Una possibile soluzione tecnica al problema consiste nella realizzazione di aerogeli monolitici inorganici a base di silice, del tipo SÌO2-TÌO2oppure Si02-W03.(Cao,S.; Yao, N.; Yeung, K.L. Journal of Sol-Gel Science & Technology 2008, 46, 322-323. Liu, J; Bai, L.; Shi, F. CN102876147 A20130116, 2013). Tali aerogeli inorganici presentano tuttavia Γ inconveniente di una limitata capacità di assorbimento di VOC e, di conseguenza, ridotte attività foto catalitiche. A proposed solution for this technical problem is to realize heterogeneous fixed bed reactors in which the photocatalyst is supported in granular or thin film form on both organic materials (P. Lei, F. Wanga, X. Gaoa, Y. Dinga, S. Zhanga, J. Zhàob, S. Liuc, M. Yanga, Journal of Hazardous Materials 227-228 (2012) 185; S. Singh, H. Mahalingam, P. Kumar Singh, Applied Catalysis A: General 462- 463 ( 2013) 178) and inorganic. In this case, however, phenomena of aggregation between the catalyst particles are induced which are reflected in a worsening of the photocatalytic properties (O. Sacco, M. Stoller, V. Vaiano, P. Ciambelli, A. Chianese, D. Sennino, International Journal of Photoenergy (2012) Volume 2012, Artide ID 626759, 8 pages doi: 10.1 155/2012/626759; L. Rizzo, D. Satinino, V. Vaiano, O. Sacco, A. Scarpa, D. Pietro giacomi, Applied Catalysis B: Environmental 144 (2014) 369). It is therefore essential to fix the catalyst on a support and at the same time minimize the aggregation phenomena between the particles of the semiconductor and thus keep the surface area of the photocatalyst high. A possible technical solution to the problem consists in the production of silica-based monolithic inorganic aerogels, of the type SÌO2-TÌO2 or Si02-W03. (Cao, S .; Yao, N .; Yeung, K.L. Journal of Sol-Gel Science & Technology 2008 , 46, 322-323. Liu, J; Bai, L .; Shi, F. CN102876147 A20130116, 2013). However, these inorganic aerogels have the drawback of a limited VOC absorption capacity and, consequently, reduced photo-catalytic activities.

Ben noti e molto maneggevoli sono compositi a matrice polimerica che includono nano e micro particelle foto catalitiche (una rassegna del lavoro svolto nel settore è riportata da Singh, SD.; Mahalingam, H.; Singh, P.K. Applied Catalysis A 2013, 462-463, 178-195). Tuttavia tali<•>nanocompositi hanno lo svantaggio di diffusività delle molecole reagenti (VOC) molto inferiori a quelle osservate nello slurry, il che ovviamente limita le cinetiche delle reazioni fotocatalitiche. La diffusività delle molecole reagenti può essere incrementata utilizzando schiume polimeriche come matrice per le particelle di fotocatalizzatore (F. Magalhaes, R.M. Lago Solar Energy 2009, 83, 1521-1526; F. Magalhaes, F.C.C. Moura, R.M. Lago T1O2/LDPE composites: A new floating photocatalyst for solar degradation of organic contaminants Desalination 2011, 276, 266-271). L’utilizzo di schiume polimeriche comporta anche il vantaggio di pervenire a manufatti galleggianti, utili pér processi di fotocatalisi sia per l’elevata efficienza di utilizzazione della luce sia per la facilità del recupero post-trattamento. Tali schiume tuttavia presentano lo svantaggio di aree superficiali basse, tipicamente inferiori a 5 m<2>/g, e pertanto bassa capacità e lente cinetiche di assorbimento di VOC. Well known and very handy are polymeric matrix composites that include photo catalytic nano and micro particles (a review of the work done in the field is reported by Singh, SD .; Mahalingam, H .; Singh, P.K. Applied Catalysis A 2013, 462-463 , 178-195). However these <•> nanocomposites have the disadvantage of diffusivity of the reactant molecules (VOC) much lower than those observed in the slurry, which obviously limits the kinetics of the photocatalytic reactions. The diffusivity of the reacting molecules can be increased by using polymeric foams as a matrix for the photocatalyst particles (F. Magalhaes, R.M. Lago Solar Energy 2009, 83, 1521-1526; F. Magalhaes, F.C.C. Moura, R.M. Lago T1O2 / LDPE composites: A new floating photocatalyst for solar degradation of organic contaminants Desalination 2011, 276, 266-271). The use of polymeric foams also has the advantage of arriving at floating artifacts, useful for photocatalysis processes both for the high efficiency of use of light and for the ease of post-treatment recovery. However, these foams have the disadvantage of low surface areas, typically less than 5 m <2> / g, and therefore low capacity and slow VOC absorption kinetics.

Una ulteriore soluzione tecnica proposta è quella di supportare il foto catalizzatore su aerogeli di carbonio ad alta area superficiale, ottenuti per pirolisi di aerogeli polimerici con reticolazione chimica a base di benzoaxazina (Somiok, S.; Chaisuwan, T.; Wongkasemjit, S. PMSE Preprints 2009, 100, 215-216). Tali aerogeli di carbonio hanno tuttavia lo svantaggio di essere neri e quindi opachi nella regione del visibile, impedendo pertanto un efficiente utilizzo della radiazione solare. Gli aerogeli polimerici che includono nano e micro particelle fotocatalitiche, oggetto della presente invenzione, presentano l’elevata maneggevolezza dei compositi combinata con elevata diffusività delle molecole reagenti. A further technical solution proposed is to support the photo catalyst on carbon airgels with a high surface area, obtained by pyrolysis of polymeric airgels with chemical crosslinking based on benzoaxazine (Somiok, S .; Chaisuwan, T .; Wongkasemjit, S. PMSE Preprints 2009, 100, 215-216). However, these carbon aerogels have the disadvantage of being black and therefore opaque in the visible region, thus preventing an efficient use of solar radiation. The polymeric airgels which include nano and micro photocatalytic particles, object of the present invention, have the high manageability of the composites combined with the high diffusivity of the reactant molecules.

Gli aerogeli polimerici oggetto della presente invenzione sono costituiti da polimeri trasparenti nella regione spettrale del visibile, con assorbanza inferiore a 0.1, contengono una quantità di nano o micro particellè fotocatalitiche compresa tra lo 0.1 ed il 50% in peso, sono caratterizzati da una densità apparente compresa tra 0.7 e 0.005 g/cm<3>, preferibilmente tra 0.3 e 0.01 g/cm<3>e presentano un’area superficiale superiore a 5 m<2>/g, preferibilmente superiore a 100 m<2>/g. The polymeric airgels object of the present invention consist of transparent polymers in the visible spectral region, with absorbance lower than 0.1, contain an amount of photocatalytic nano or micro particles between 0.1 and 50% by weight, are characterized by an apparent density between 0.7 and 0.005 g / cm <3>, preferably between 0.3 and 0.01 g / cm <3> and have a surface area greater than 5 m <2> / g, preferably greater than 100 m <2> / g.

Gli aerogeli della presente invenzioné sono ottenuti a partire da corrispondenti geli con solventi in cui sono disperse le particelle catalitiche, mediante uno dei processi noti per la trasformazione di geli in aerogeli, quali estrazioni con anidride carbonica, liquida o in condizioni supercritiche oppure liofilizzazione (“freeze-drying”). The airgels of the present invention are obtained starting from corresponding gels with solvents in which the catalytic particles are dispersed, by means of one of the processes known for the transformation of gels into airgels, such as extractions with carbon dioxide, liquid or in supercritical conditions or freeze-drying (" freeze-drying ").

Geli polimerici utilizzabili per la presente invenzione sono sia geli chimici sia geli fisici e sono caratterizzati da una concentrazione di polimero nel solvente compresa tra il 70% e lo 0.5% in peso, e preferibilmente tra il 30% e T 1 % in peso ed un contenuto di particelle foto catalitiche compreso tra il 0.1% e 50 % in peso, rispetto al peso del polimero. Tali geli polimerici possono essere ottenuti con una delle tecniche tradizionali di produzione di geli chimici, quali le tecnologie sol-gel, o di produzione di geli fisici, che comportano la dissoluzione di polimeri cristallizzabili in un idoneo solvente, seguita da bruschi raffreddamenti. Polymeric gels usable for the present invention are both chemical and physical gels and are characterized by a polymer concentration in the solvent comprised between 70% and 0.5% by weight, and preferably between 30% and T 1% by weight and a content of photo-catalytic particles between 0.1% and 50% by weight, with respect to the weight of the polymer. Such polymeric gels can be obtained with one of the traditional techniques for the production of chemical gels, such as sol-gel technologies, or for the production of physical gels, which involve the dissolution of crystallizable polymers in a suitable solvent, followed by sudden cooling.

Formulazione favorite della presente invenzione comprendono aerogeli a base di polimeri semicristallini che sono in grado di formare geli fisici e che sono trasparenti non solo nella regione del visibile ma anche nella regione dell’ultravioletto, quali ad esempio il polietielene, il polipropilene isotattico o l’acido polilattico. Preferred formulations of the present invention include aerogels based on semi-crystalline polymers which are capable of forming physical gels and which are transparent not only in the visible but also in the ultraviolet region, such as for example polyethylene, isotactic polypropylene or polylactic acid.

Formulazioni particolarmente favorite della presente invenzione prevedono l’utilizzo di aerogeli polimerici in cui le fasi cristalline costituenti i nodi fisici sono delle fasi cristalline nanoporose, cioè delle fasi la cui densità è inferiore a quella delle fasi amorfe corrispondenti, come ad esempio le forme cristalline δ ed ε di polistirene sindiotattico (s-PS) o le modificazioni cristalline del poli(2,6-dimetil-l,4-fenilene)ossido (PPO), ed in cui il grado di cristallinità sia superiore al 5% e preferibilmente superiore al 10%. Particularly favored formulations of the present invention provide for the use of polymeric airgels in which the crystalline phases constituting the physical nodes are nanoporous crystalline phases, i.e. phases whose density is lower than that of the corresponding amorphous phases, such as the crystalline forms δ and ε of syndiotactic polystyrene (s-PS) or the crystalline modifications of the poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) oxide (PPO), and in which the degree of crystallinity is greater than 5% and preferably greater than 10%.

Per polistirene sindiotattico (sPS) si intende il polimero in cui la struttura sindiotattica sia presente per almeno lunghi tratti di 'catena, in modo tale da consentire cristallizzazione nelle forme nanoporose. Tale polimero si ottiene, ad esempio secondo il metodo descritto nella domanda di brevetto Europeo N° 0271875- Himont Italia. Sono inoltre compresi nella definizione copolimeri dello stirene, dotati di microstruttura prevalentemente sindiotattica e cristallizzabili nella forme cristalline nanoporose, con olefine CH2<=>CH-R, in cui R è un alchil-arile o un arile sostituito contenenti 6-20 atomi di carbonio, o con altri monomeri etilenicamente insaturi copolimerizzabili. La forma cristallina nanoporosa δ dell’sPS, secondo quanto descritto nella domanda di brevetto italiano N. RM94A000030, è caratterizzata da uno spettro di diffrazione dei raggi X (CuKa) presentante riflessioni di maggiore intensità a 20cUKacirca uguali a 8.4°, 10.6°, 13.3°, 16.8°, 20.7°, 23.5° e con il rapporto tra le intensità dei due picchi I(8.4°)/I(10.6°) superiore a 5. La form<:>a cristallina nanoporosa ε dell’sPS, secondo quanto descritto nella domanda di brevetto italiano N.SA2006A000022 e nel brevetto internazionale PCT/IB2007/053332, è caratterizzata da imo spettro di diffrazione dei raggi X presentante riflessioni di maggiore intensità a 20 (CuKa) circa uguali a 6.9°, 8.2°, 13.8°, 16.4°, 20,5°, 23°. By syndiotactic polystyrene (sPS) we mean the polymer in which the syndiotactic structure is present for at least long stretches of the chain, in such a way as to allow crystallization in the nanoporous forms. This polymer is obtained, for example according to the method described in the European patent application No. 0271875- Himont Italy. Also included in the definition are copolymers of styrene, with a predominantly syndiotactic microstructure and crystallizable in nanoporous crystalline forms, with olefins CH2 <=> CH-R, in which R is an alkyl-aryl or a substituted aryl containing 6-20 carbon atoms , or with other copolymerizable ethylenically unsaturated monomers. The nanoporous crystalline form δ of the sPS, according to what is described in the Italian patent application No. RM94A000030, is characterized by an X-ray diffraction spectrum (CuKa) presenting reflections of greater intensity at 20cUK approximately equal to 8.4 °, 10.6 °, 13.3 °, 16.8 °, 20.7 °, 23.5 ° and with the ratio between the intensities of the two peaks I (8.4 °) / I (10.6 °) higher than 5. The form <:> a nanoporous crystalline ε of the SPS, according to what described in the Italian patent application N.SA2006A000022 and in the international patent PCT / IB2007 / 053332, is characterized by an X-ray diffraction spectrum presenting reflections of greater intensity at 20 (CuKa) approximately equal to 6.9 °, 8.2 °, 13.8 ° , 16.4 °, 20.5 °, 23 °.

Il poli(2,6-dimetil-l,4-fenilene) ossido (PPO) è un polimero termoplastico commerciale che presenta una fase amorfa caratterizzata da un elevato volume libero, anche detta ultrapermeabile, ampiamente utilizzato come materiale per membrane con elevati parametri di permeazione, che è anche in grado di cristallizzare in differenti modificazioni cristalline. Le modificazioni cristalline nanoporose del PPO sono descritte in dettaglio in letteratura, e sono caratterizzate da spettri di diffrazione dei raggi X presentante riflessioni di maggiore intensità a 2Θ (CuKa) elencate ad esempio nella tabella 1 del lavoro Daniel, .C.; Longo, S.; Fasano, G.; Vitillo, J.G.; Guerra, G. Nanoporous Crystalline Phases of Poly(2,6-Dimethyl-l,4-phenylene)oxide. Chemistry of Materials (2011), 23, 3195-3200. Poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) oxide (PPO) is a commercial thermoplastic polymer that has an amorphous phase characterized by a high free volume, also called ultra-impermeable, widely used as a material for membranes with high parameters of permeation, which is also capable of crystallizing in different crystalline modifications. The nanoporous crystalline modifications of PPO are described in detail in the literature, and are characterized by X-ray diffraction spectra presenting reflections of greater intensity at 2Θ (CuKa) listed for example in table 1 of the work Daniel, .C .; Longo, S .; Fasano, G .; Vitillo, J.G .; Guerra, G. Nanoporous Crystalline Phases of Poly (2,6-Dimethyl-l, 4-phenylene) oxide. Chemistry of Materials (2011), 23, 3195-3200.

Il grado di cristallinità del substrato polimerico è espresso in percento in peso di fase cristallina e può essere facilmente valutato dai profili di diffrazione dei raggi X, mediante il classico metodo di Hermans e Weidinger. Secondo tale metodo il grado di cristallinità è dato dal rapporto tra le aree dei picchi dovuti alla diffrazione della fase cristallina e l’area della diffrazione totale. The degree of crystallinity of the polymeric substrate is expressed in percent by weight of the crystalline phase and can be easily evaluated from the X-ray diffraction profiles, using the classical method of Hermans and Weidinger. According to this method, the degree of crystallinity is given by the ratio between the areas of the peaks due to the diffraction of the crystalline phase and the area of the total diffraction.

Gli aerogeli con fasi cristalline nanoporose a base di sPS e PPO, sono ottenuti, preferibilmente, mediante processi che comprendono un’estrazione con anidride carbonica, Airgels with nanoporous crystalline phases based on sPS and PPO, are obtained, preferably, by processes that include extraction with carbon dioxide,

supercritiche, di geli a base di un solvente che sia un ospite (“guest”) idoneo di una forma cocristallina del polimero (“host”) e che contengono il polimero in concentrazione compresa tra il 70% e lo 0.5% in peso, e preferibilmente tra il 30% e Γ 1% in peso. Tali geli possono essere ottenuti con una delle tecniche tradizionali di produzione di geli fisici, che comportano la dissoluzione del polimero in un idoneo solvente e la dispersione delle particelle foto catalitiche, seguite da bruschi raffreddamenti. supercritical gels based on a solvent which is a suitable "guest" of a co-crystalline form of the polymer ("host") and which contain the polymer in a concentration between 70% and 0.5% by weight, and preferably between 30% and Γ 1% by weight. These gels can be obtained with one of the traditional techniques for the production of physical gels, which involve the dissolution of the polymer in a suitable solvent and the dispersion of the photo-catalytic particles, followed by sudden cooling.

Un tipico processo per la preparazione di aerogeli fotocatalitici, che costituisce ulteriore oggetto della presente invenzione, comprende i seguenti stadi: A typical process for the preparation of photocatalytic airgels, which constitutes a further object of the present invention, comprises the following stages:

A) dispersione di micro o nano particelle foto catalitiche in un solvente, che sia in grado di solubilizzare il polimero indicato nello stadio B, utilizzando un ammontare compreso tra 0.1% e 50% in peso, ad una temperatura compresa tra la temperatura ambiente e 100 °C, tenendo la dispersione sotto costante agitazione, per un tempo compreso tra 1 min e 10 h. A) dispersion of photo-catalytic micro or nano particles in a solvent, which is able to solubilize the polymer indicated in stage B, using an amount between 0.1% and 50% by weight, at a temperature between room temperature and 100 ° C, keeping the dispersion under constant stirring, for a time between 1 min and 10 h.

B) nella dispersione preparata in A è disciolto del polimero, in quantitativo tale che il rapporto in peso polimero/foto catalizzatore sia compreso nell’ intervallo 50/50 - 99.9/0.1 e che il solvente sia non meno del 30% in peso della dispersione. B) the polymer is dissolved in the dispersion prepared in A, in such a quantity that the polymer / photo catalyst weight ratio is included in the range 50/50 - 99.9 / 0.1 and that the solvent is not less than 30% by weight of the dispersion .

C) La miscela così ottenuta viene sottoposta a sonicazione con frequenza di vibrazione superiore 10 Hz per un tempo superiore ad 1 min, a temperature comprese tra temperatura ambiente e 100°C. C) The mixture thus obtained is subjected to sonication with a vibration frequency greater than 10 Hz for a time greater than 1 min, at temperatures between room temperature and 100 ° C.

D) la dispersione è raffreddata a temperature comprese tra temperatura ambiente e -80°C ed un gel uniforme è ottenuto D) the dispersion is cooled to temperatures ranging from room temperature to -80 ° C and a uniform gel is obtained

E) il gel viene estratto con anidride carbonica liquida p supercritica a pressioni comprese tra 50 e 350 bar e a temperature comprese tra 20°C e 70 °C e preferibilmente tra 25°C e 60°C. E) the gel is extracted with supercritical liquid carbon dioxide p at pressures between 50 and 350 bar and at temperatures between 20 ° C and 70 ° C and preferably between 25 ° C and 60 ° C.

Il vantaggio di utilizzare aerogeli con fasi cristalline nanoporose, come descritto ad esempio nel brevetto “Manufatti microporosi e nanoporosi a base di polistiréne sindiotattico e processi per il loro ottenimento” (Brev.lt N.SA2003A13, WO 2005012402, EP1646687, US2006/0229373A1), consiste nell’abilità di assorbire molti dei VOC, quali ad esempio, composti alogenati (cloroformio, cloruro di metilene, tetracloruro di carbonio, dicloroetano, tricloroetilene, tetracloroetilene, dibromoetano, ioduro di metile, ecc.) composti aromatici (benzene, toluene, stirene, ecc.) composti ciclici (cicloesano, tetraidrofurano, ecc.). Tale assorbimento avviene in maniera molto efficiente anche quando la concentrazione del VOC nell’intorno chimico è molto bassa (dell’ordine di pochi ppm o dei ppb). Questa caratteristica consente di raggiungere concentrazioni di VOCs alogenati, ciclici o aromatici in sPS di molti ordini di grandezza più alte (da 10 a 100000) rispetto a quelle dell’intorno chimico circostante. La buona dispersione del foto catalizzatore nell’aerogelo e le alte capacità e cinetiche di assorbimento dei VOC, da parte delle fasi cristalline nano porose, portano a migliorate prestazioni catalitiche; The advantage of using aerogels with nanoporous crystalline phases, as described for example in the patent "Microporous and nanoporous artifacts based on syndiotactic polystyrene and processes for their obtaining" (Brev.lt N.SA2003A13, WO 2005012402, EP1646687, US2006 / 0229373A1) , consists in the ability to absorb many of the VOCs, such as, for example, halogenated compounds (chloroform, methylene chloride, carbon tetrachloride, dichloroethane, trichlorethylene, tetrachlorethylene, dibromoethane, methyl iodide, etc.) aromatic compounds (benzene, toluene, styrene, etc.) cyclic compounds (cyclohexane, tetrahydrofuran, etc.). This absorption occurs very efficiently even when the concentration of VOC in the chemical environment is very low (of the order of a few ppm or ppb). This feature makes it possible to reach concentrations of halogenated, cyclic or aromatic VOCs in sPS that are many orders of magnitude higher (from 10 to 100,000) than those of the surrounding chemical environment. The good dispersion of the photo catalyst in the airgel and the high abilities and kinetics of VOC absorption by the nano-porous crystalline phases, lead to improved catalytic performance;

Le nano e micro particelle fotocatalitiche disperse negli aerogeli possono essere costituite da biossido di titanio e biossido di titanio drogato con metalli quali Fe, W, Cr, Ru, V, Mo, Nb, Au, Pt, Pd, Ag, Sb, Co, Mn, Ni, Zn, Zr oppure con eternatomi quali fluoro, zolfo, carbonio, fosforo, boro, iodio, cloro, bromo, azoto. The photocatalytic nano and micro particles dispersed in the airgels can consist of titanium dioxide and titanium dioxide doped with metals such as Fe, W, Cr, Ru, V, Mo, Nb, Au, Pt, Pd, Ag, Sb, Co, Mn, Ni, Zn, Zr or with eternatoms such as fluorine, sulfur, carbon, phosphorus, boron, iodine, chlorine, bromine, nitrogen.

Formulazioni preferite includono particelle di titania, in forma cristallina anatasio, anche drogata con eternatomi, preferibilmente azoto, preparati a monte della fase di dispersione nella soluzione polimerica. Preferred formulations include particles of titania, in anatase crystalline form, also doped with eternatomes, preferably nitrogen, prepared upstream of the dispersion phase in the polymeric solution.

Formulazioni particolarmente favorite includono particelle di fotocatalizzatore di biossido di titanio drogato con azoto (NDT) che sia caratterizzato da rapporto molare N/Ti compreso nell’intervallo 4-25, e più preferibilmente 12-20. Particularly favored formulations include nitrogen-doped titanium dioxide photocatalyst particles (NDT) which is characterized by a molar ratio N / Ti in the range 4-25, and more preferably 12-20.

I campioni di titania drogata con eternatomi e con metalli sono ad esempio preparati mediante il metodo sol-gel impiegando sali precursori (preferibilmente organici) della titania e soluzioni acquose contenenti precursori degli eteroatomi e dei metalli. Samples of titania doped with eternatoms and metals are for example prepared by the sol-gel method using precursor salts (preferably organic) of titania and aqueous solutions containing precursors of heteroatoms and metals.

Altri fotocatalizzatori che possono essere dispersi nella matrice polimerica sono diversi tipi di semiconduttori quali ZnO, WO3, SrTi03, Fe203, ZnS. Other photocatalysts that can be dispersed in the polymeric matrix are different types of semiconductors such as ZnO, WO3, SrTi03, Fe203, ZnS.

Le nano e micro particelle fotocatalitiche possono essere costituite inoltre da semiconduttori quali ZnO, WO3, SrTi03, Fe203, ZnS, biossido di titanio preferibilmente in forma anatasio o biossido di titanio drogato, supportati su particelle fosforescenti (fosfori), al fine di massimizzare lo sfruttamento della radiazione luminosa da parte del fotocatalizzatore supportato. The photocatalytic nano and micro particles can also consist of semiconductors such as ZnO, WO3, SrTi03, Fe203, ZnS, titanium dioxide preferably in anatase or doped titanium dioxide form, supported on phosphorescent particles (phosphors), in order to maximize the exploitation of the light radiation from the supported photocatalyst.

II principale vantaggio dei nuovi manufatti è che presentano proprietà fotocataliche comparabili e/o migliorate rispetto a quelle di polveri fini fotocatalitiche e nel contempo ima migliore maneggevolezza. Infatti, la preparazione di aerogeli polimerici consente Fottenimento di manufatti fotocatalitici macroscopici, ad esempio in forma di granuli, oppure di filtri e membrane monolitici, o comunque nella forma macroscopica più idonea alle specifiche esigenze applicative. L’utilizzo di aerogeli di dimensioni macroscopiche comporta l’ulteriore vantaggio di ridurre fortemente i rischi di contaminazione o inalazione di nano e micro particelle. The main advantage of the new manufactured articles is that they have comparable and / or improved photocatalic properties with respect to those of photocatalytic fine powders and, at the same time, better handling. In fact, the preparation of polymeric airgels allows to obtain macroscopic photocatalytic products, for example in the form of granules, or monolithic filters and membranes, or in any case in the macroscopic form most suitable for specific application requirements. The use of macroscopic airgels has the additional advantage of greatly reducing the risks of contamination or inhalation of nano and micro particles.

Un altro vantaggio dell’utilizzo di aerogeli polimerici fotocatalitici, della presente invenzione, è quello di evitare i costosi processi di separazione del catalizzatore dalla fase liquida depurata, quali unità di sedimentazione e di filtrazione. In generale, quindi, si può evitare l’impiego di pompe ricircolanti che sarebbero soggette a elevata usura quando nella fase liquida circolano sospensioni nanoparticellari. Another advantage of using photocatalytic polymeric airgels, of the present invention, is to avoid the expensive processes of separating the catalyst from the purified liquid phase, such as sedimentation and filtration units. In general, therefore, it is possible to avoid the use of recirculating pumps which would be subject to high wear when nanoparticulate suspensions circulate in the liquid phase.

Un ulteriore vantaggio dell’utilizzo di aeogeli polimerici fotocatalitici è quello di sfruttare la loro capacità di galleggiamento. In tal modo essi possono utilizzare la radiazione solare in maniera diretta, minimizzando i fenomeni di attenuazione della radiazione a causa della matrice liquida contenente i contaminanti. Inoltre, il galleggiamento degli aerogeli polimerici fotocatalitici elimina possibili problemi di trasferimento di 02dalla fase gassosa. A further advantage of using photocatalytic polymeric aeogels is to exploit their buoyancy. In this way they can use solar radiation directly, minimizing the phenomena of attenuation of the radiation due to the liquid matrix containing the contaminants. Furthermore, the buoyancy of the photocatalytic polymeric airgels eliminates possible problems of 02 transfer from the gas phase.

Sono descritti di seguito alcuni esempi illustrativi e non limitativi dell’invenzione. Some illustrative and non-limiting examples of the invention are described below.

ESEMPI EXAMPLES

Esempio 1 Example 1

Si utilizza come fotocatalizzatore del biossido di titanio drogato con azoto (NDT), preparato facendo avvenire la reazione di idrolisi tra il tetraisopropossido di titanio e una soluzione acquosa contenente ammoniaca. La preparazione è condotta alla temperatura di 0°C per limitare il riscaldamento del sistema causato daH’esotermicità della reazione di idrolisi. Il sistema viene quindi mantenuto in agitazione fino alla formazione di un gel. La miscela ottenuta viene centrifugata e lavata con acqua bidistillata e in seguito è riposta in muffola a 450°C per 30 minuti. Il rapporto molare N/Ti è compreso nell’ intervallo 12-20. I campioni di NDT così preparati sono stati caratterizzati mediante l’impiego di differenti tecniche analitiche i cui risultati sono riportati in 0. Sacco, M. Stoller, V. Vaiano, P. Ciambelli, A. Chianese, D. Sannino, International Journal of Photoenergy (2012) Volume 2012, Artide ID 626759, 8 pages doi:l 0.1155/2012/626759 ed in L. Rizzo, D. Sannino, V. Vaiano, O. Sacco, A. Scarpa, D. Pietrogiacomi, Applied Catalysis B: Environmental 144 (2014) 369. In sintesi l’analisi micro-Raman e di diffrazione di raggi .X hanno mostrato la presenza di segnali propri del biossido di titanio in forma anatasio. Inoltre i campioni di NDT posseggono una dimensione media dei cristalliti compresa nell’intervallo 10-25 nm. Gli spettri di riflettenza diffusa, invece, evidenziano la capacità di assorbimento di radiazioni luminose nella regione del visibile come dimostrato dai valori di energia di band gap che si attestano nell’ intervallo 2-2.5 eV. It is used as a photocatalyst of nitrogen-doped titanium dioxide (NDT), prepared by carrying out the hydrolysis reaction between titanium tetraisopropoxide and an aqueous solution containing ammonia. The preparation is carried out at a temperature of 0 ° C to limit the heating of the system caused by the exothermicity of the hydrolysis reaction. The system is then kept stirred until a gel is formed. The mixture obtained is centrifuged and washed with double distilled water and then placed in a muffle at 450 ° C for 30 minutes. The molar ratio N / Ti is included in the range 12-20. The NDT samples thus prepared were characterized by using different analytical techniques whose results are reported in 0. Sacco, M. Stoller, V. Vaiano, P. Ciambelli, A. Chianese, D. Sannino, International Journal of Photoenergy (2012) Volume 2012, Artide ID 626759, 8 pages doi: l 0.1155 / 2012/626759 and in L. Rizzo, D. Sannino, V. Vaiano, O. Sacco, A. Scarpa, D. Pietrogiacomi, Applied Catalysis B : Environmental 144 (2014) 369. In summary, the micro-Raman and X-ray diffraction analysis showed the presence of titanium dioxide signals in anatase form. In addition, the NDT samples have an average crystallite size in the 10-25 nm range. The diffuse reflectance spectra, on the other hand, highlight the absorption capacity of light radiation in the visible region as demonstrated by the band gap energy values which are in the 2-2.5 eV range.

Per la preparazione di aerogeli fotocatalitici si utilizza polistirene sindiotattico (sPS) prodotto dalla DOW Chemical con il marchio Questra 101. For the preparation of photocatalytic airgels, syndiotactic polystyrene (sPS) produced by DOW Chemical under the brand name Questra 101 is used.

Aerogeli monolitici in forma di cilindri di diametro di 5 mm sono stati ottenuti mediante processi che comprendono gli stadi A-E riportati nella “descrizione dettagliata” del presente brevetto, in particolare: Monolithic airgels in the form of cylinders with a diameter of 5 mm have been obtained by means of processes which include stages A-E reported in the "detailed description" of this patent, in particular:

A) una polvere di NDT è dispersa in cloroformio, utilizzando un ammontare in peso pari allo 0.5%, ad una temperatura di 100 °C e la dispersione è tenuta sotto costante agitazione per 5 ore. A) an NDT powder is dispersed in chloroform, using an amount by weight equal to 0.5%, at a temperature of 100 ° C and the dispersion is kept under constant stirring for 5 hours.

B) nella dispersione preparata in A è disciolto del polistirene sindiotattico in polvere, in quantitativo tale che il rapporto in peso polimero/fotocatalizzatore sia pari a 95/5 B) syndiotactic polystyrene powder is dissolved in the dispersion prepared in A, in a quantity such that the polymer / photocatalyst weight ratio is equal to 95/5

C) la miscela così ottenuta viene sottoposta a sonicazione alla frequenza di vibrazione di 35 Hz per tre ore, alla temperatura di 80 °C e successivamente inserita in uno stampo di vetro cilindrico del diametro di 5 mm. C) the mixture thus obtained is subjected to sonication at the vibration frequency of 35 Hz for three hours, at a temperature of 80 ° C and subsequently inserted into a cylindrical glass mold with a diameter of 5 mm.

D) la dispersione è raffreddata in un bagno di acqua e ghiaccio e un gel uniforme è ottenuto E) il gel rimosso dallo stampo cilindrico viene estratto con anidride carbonica supercritica alla temperatura di 40°C e alla pressione di 200 bar per 5 ore, rimuovendo completamente il cloroformio ed ottenendo Paerogelo monolitico. D) the dispersion is cooled in an ice-water bath and a uniform gel is obtained E) the gel removed from the cylindrical mold is extracted with supercritical carbon dioxide at a temperature of 40 ° C and a pressure of 200 bar for 5 hours, removing completely the chloroform and obtaining monolithic parerogel.

Lo spettro di diffrazione dei raggi X del manufatto ottenuto, riportato in figura 1, presenta chiaramente visibile a 2θ ~ 25° il riflesso 101 della forma cristallina anatasio del biossido di titanio, cioè la forma cristallina che presenta proprietà foto catalitiche. The X-ray diffraction spectrum of the obtained product, shown in Figure 1, clearly shows the reflection 101 of the anatase crystalline form of titanium dioxide, that is the crystalline form which has photo-catalytic properties, clearly visible at 2θ ~ 25 °.

Figura 1. confronto fra gli spettri di diffrazione del biossido di titanio drogato con azoto (NDT), in forma cristallina di anatasio, e di un aerogelo fotocatalitico a base di polistirene sindiotattico (sPS) e NDT ottenuto con la procedura riportata nell’esempio 1. Figure 1. Comparison between the diffraction spectra of nitrogen-doped titanium dioxide (NDT), in the crystalline form of anatase, and of a photocatalytic airgel based on syndiotactic polystyrene (sPS) and NDT obtained with the procedure reported in example 1 .

L’ aerogelo fotolitico così ottenuto possiede ima densità 0.1 g/cm<3>e un’area superficiale, misurata con il metodo BET, di 222 m<2>/g. The photolytic airfrost thus obtained has a density of 0.1 g / cm <3> and a surface area, measured with the BET method, of 222 m <2> / g.

Un confronto fra l’attività del fotocatalizzatore NDT disperso in soluzione e disperso nell’aerogelo polimerico a base di sPS sulla decolorazione del blu di metilene è mostrata in figura 2. Gli esperimenti sono stati condotti con concentrazione iniziale di blu di metilene pari a 7.5 ppm in flusso d’aria pari a 150 Ncc/min a temperatura e pressione ambiente. La sorgente luminosa utilizzata è costituita da una striscia di LED con emissione nella regione del visibile (flusso luminoso incidente alle pareti del reattore: 32 mW/cm<2>). La prova è stata condotta con NDT disperso in soluzione in quantità pari a 0.13g/L portando ad ima conversione del 16% dopo 180 minuti di illuminazione. A comparison between the activity of the NDT photocatalyst dispersed in solution and dispersed in the sPS-based polymeric airgel on the discoloration of methylene blue is shown in figure 2. The experiments were conducted with an initial concentration of methylene blue equal to 7.5 ppm in air flow equal to 150 Ncc / min at ambient temperature and pressure. The light source used consists of a LED strip with emission in the visible region (luminous flux incident on the reactor walls: 32 mW / cm <2>). The test was carried out with NDT dispersed in solution in an amount equal to 0.13g / L leading to a conversion of 16% after 180 minutes of illumination.

Nel caso del NDT- sPS (presente in quantità pari a 2.93 g/L con un contenuto di NDT pari al 5% in peso corrispondente ad un dosaggio equivalente di NDT pari a 0.13 g/L) sono evidenti gli effetti della presenza del fotocatalizzatore dopato, che promuove l’attività di decolorazione della soluzione di blu di metilene fino ad una conversione del 30% dopo 180 min di illuminazione. In the case of NDT-sPS (present in a quantity equal to 2.93 g / L with an NDT content equal to 5% by weight corresponding to an equivalent dosage of NDT equal to 0.13 g / L) the effects of the presence of the doped photocatalyst are evident. , which promotes the discoloration activity of the methylene blue solution up to a conversion of 30% after 180 min of illumination.

Figura 2. Confronto fra Fattività del fotocatalizzatore NDT disperso in soluzione e il fotocatalizzatore disperso nell’aerogelo polimerico a base di sPS. Figure 2. Comparison between the activity of the NDT photocatalyst dispersed in solution and the photocatalyst dispersed in the sPS-based polymeric airgel.

Esempio 2 Example 2

Un aerogelo a base di s-PS è stato preparato con la stessa procedura descritta nell’esempio 1 ma senza aggiunta di particelle fotocatalitiche. Le prestazioni di tale aerogelo sono state confrontate con quelle dell’ aerogelo fotocatalitico, che include particelle di NDT, dell’esempio 1. An s-PS-based airgel was prepared with the same procedure described in example 1 but without the addition of photocatalytic particles. The performance of this airfreeze was compared with that of the photocatalytic airfreeze, which includes NDT particles, of example 1.

Le prestazioni nella decolorazione del blu di metilene dell’aerogelo costituito dal solo polimero e dell’ aerogelo costituito da polimero e foto catalizzatore sono confrontate in figura 2. Gli esperimenti sono stati condotti con concentrazione iniziale di blu di metilene pari a 7.5 ppm in flusso d’aria pari a 150 Ncc/min a temperatura e pressione ambiente. La sorgente luminosa utilizzata è quella utilizzata nell’ esempio 1. The performance of the methylene blue discoloration of the airgel consisting of the polymer only and of the airgel consisting of polymer and photo catalyst are compared in Figure 2. The experiments were conducted with an initial concentration of methylene blue equal to 7.5 ppm in flow d 'air equal to 150 Ncc / min at ambient temperature and pressure. The light source used is the one used in example 1.

Si è valutato in prima analisi il grado di adsorbimento in assenza di radiazione luminosa monitorando il grado di decolorazione per 2h e come mostrato in figura 2 il solo supporto presenta un iniziale grado di adsorbimento pari al 12 %. Si è poi proceduto all’accensióne della sorgente luminosa. La presenza della radiazione luminosa porta ad una parziale e bassa decolorazione della soluzione, ed è attribuibile al solo effetto di fotolisi. Diversa è invece la descrizione nel caso del manufatto NDT-sPS in cui si ha una prima fase di adsorbimento in assenza di luce e una seconda fase in cui sono evidenti gli effetti della presenza del fotocatalizzatore dopato che promuove l’attività di decolorazione della soluzione di blu di metilene fino ad una conversione del 39% dopo 270 min di irradiazione. Ciò indica chiaramente che l’attività fotocatalitica è unicamente promossa dalla presenza del catalizzatore NDT disperso nella matrice polimerica. In the first analysis, the degree of adsorption in the absence of light radiation was evaluated by monitoring the degree of discoloration for 2h and, as shown in figure 2, the substrate alone has an initial degree of adsorption equal to 12%. The light source was then turned on. The presence of light radiation leads to a partial and low discoloration of the solution, and is attributable only to the photolysis effect. On the other hand, the description is different in the case of the NDT-sPS product in which there is a first adsorption phase in the absence of light and a second phase in which the effects of the presence of the doped photocatalyst which promotes the decolorization activity of the solution are evident. methylene blue up to a conversion of 39% after 270 min of irradiation. This clearly indicates that the photocatalytic activity is only promoted by the presence of the NDT catalyst dispersed in the polymer matrix.

Figura 3. Confronto fra l’attività del solo aerogelo polimerico sPS e del fotocatalizzatore disperso nel substrato polimerico sPS (NDT-sPS). Figure 3. Comparison between the activity of only the sPS polymeric airfrost and the photocatalyst dispersed in the sPS polymeric substrate (NDT-sPS).

Esempio 3 Example 3

Aerogelo fotocatalitici sono stati preparati con la stessa procedura descritta nell’esempio 1. Le prestazioni foto catalitiche di tali aerogeli s-PS-NDT sono state studiate attraverso la decolorazione del blu di metilene in concentrazioni iniziali pari a 7.5 e 15 ppm (Figura 3). Photocatalytic airgels were prepared with the same procedure described in example 1. The photo-catalytic performance of these s-PS-NDT airgels were studied through the discoloration of methylene blue in initial concentrations equal to 7.5 and 15 ppm (Figure 3) .

Gli esperimenti sono stati condotti nelle stesse condizioni descritte nell’esempio 2. The experiments were conducted under the same conditions described in example 2.

Incrementando la concentrazione iniziale di blu di metilene aumenta il grado di adsorbimento come mostrato in figura 3, che risulta essere pari a 12% nel caso in cui si opera con una concentrazione iniziale pari a 7.5ppm e 39% nel caso in cui si opera con una concentrazione iniziale pari a 15ppm. Dopo la prima fase condotta in assenza di radiazioni luminose, si è proceduto all’accensione della sorgente luminosa che ha portato ad una conversione pari al 39% dopo 270minuti di illuminazione nel caso in cui si opera con una concentrazione iniziale pari a 7.5ppm e del 56% dopo 290 minuti nel caso in cui si opera con una concentrazione iniziale pari a 15ppm. Increasing the initial concentration of methylene blue increases the degree of adsorption as shown in figure 3, which is equal to 12% in the case of an initial concentration of 7.5ppm and 39% in the case of operating with an initial concentration of 15ppm. After the first phase carried out in the absence of light radiation, the light source was switched on which led to a conversion equal to 39% after 270 minutes of lighting in the case in which the initial concentration of 7.5ppm and the 56% after 290 minutes in the case of operating with an initial concentration equal to 15ppm.

Figura 4. Confronto fra Γ attività del campione NDT-sPS operando con concentrazioni iniziali diverse di blu di metilene. Figure 4. Comparison between Γ activity of the NDT-sPS sample operating with different initial concentrations of methylene blue.

Esempio 4: Valutazione della stabilità del sistema NDT-sPS Example 4: Evaluation of the stability of the NDT-sPS system

È stata studiata la stabilità del sistema NDT-sPS alla luce visibile generata da una striscia di LED con emissione nella regione del visibile (flusso luminoso: 32 mW/cm<2>) sottoponendo il campione ad un ciclo di 500 ore d’illuminazione e monitorando nel tempo la variazione di peso del campione. Non si sono registrate variazioni dello stesso indicando che il supporto polimerico possiede un’elevata stabilità in presenza del fotocatalizzatore NDT disperso in esso. The stability of the NDT-sPS system was studied in the visible light generated by a LED strip with emission in the visible region (luminous flux: 32 mW / cm <2>) by subjecting the sample to a cycle of 500 hours of illumination and monitoring the weight variation of the sample over time. No variations were recorded, indicating that the polymeric support has a high stability in the presence of the NDT photocatalyst dispersed therein.

È stata inoltre analizzata l’attività del sistema NDT-sPS per 5 cicli di foto-ossidazione del blu di metilene con lo stesso campione nelle stesse condizioni sperimentali riportate negli esempi precedenti. Si è notato che il manufatto NDT-sPS mostra in tutti e cinque i cicli, un’attività fotocatalitica che differisce poco dopo 180 minuti d’illuminazione come mostrato in Figura 5. The activity of the NDT-sPS system was also analyzed for 5 cycles of photo-oxidation of methylene blue with the same sample under the same experimental conditions reported in the previous examples. It was noted that the NDT-sPS artifact shows in all five cycles, a photocatalytic activity that differs shortly after 180 minutes of illumination as shown in Figure 5.

Figura 5. Confronto fra le attività dell’aerogelo fotocatalitico NDT-sPS per 5 cicli di fotoossidazione Figure 5. Comparison between the activities of the NDT-sPS photocatalytic airgel for 5 cycles of photooxidation

Esempio 5 Example 5

Si utilizza polistirene sindiotattico (sPS) prodotto dalla DOW Chemical con il marchio Questra 101. Si utilizza come fotocatalizzatore del biossido di titanio P25 prodotto dalla Sigma Aldrich sottoforma di nano polvere con particelle di 21 nm. Syndiotactic polystyrene (sPS) produced by DOW Chemical under the brand name Questra 101 is used. It is used as a photocatalyst of titanium dioxide P25 produced by Sigma Aldrich in the form of nano powder with particles of 21 nm.

Aerogeli monolitici con porosità pari al 90%, in forma di cilindri di diametro di 5 mm sono stati ottenuti a partire da dispersioni contenenti 90% in peso di solvente (cloroformio) mediante i seguenti stadi: Monolithic aerogels with porosity equal to 90%, in the form of cylinders with a diameter of 5 mm, were obtained starting from dispersions containing 90% by weight of solvent (chloroform) by means of the following steps:

A) una polvere di Ti02è dispersa in cloroformio, ad una temperatura di 100<0>C e la dispersione è tenuta sotto costante agitazione per 5 ore. A) a TiO2 powder is dispersed in chloroform, at a temperature of 100 <0> C and the dispersion is kept under constant stirring for 5 hours.

B) nella dispersione preparata in A è disciolto del polistirene sindiotattico in polvere, in quantitativo tale che il rapporti in peso polimero/fotocatalizzatore sia pari a 95/5 oppure 90/10, o ancora 99/1. B) powdered syndiotactic polystyrene is dissolved in the dispersion prepared in A, in a quantity such that the polymer / photocatalyst weight ratio is equal to 95/5 or 90/10, or 99/1.

C) le miscele così ottenute sono sottoposte a sonicazione (frequenza di vibrazione 35KHz) per tre ore, alla temperatura di 80 °C e successivamente inserite in stampi di vetro cilindrico. C) the mixtures thus obtained are subjected to sonication (vibration frequency 35KHz) for three hours, at a temperature of 80 ° C and subsequently inserted into cylindrical glass molds.

D) le dispersioni sono raffreddata in un bagno di acqua e ghiaccio e sono ottenuti dei gel uniformi. E) i gel rimossi dal cilindro di vetro sono estratti con anidride carbonica supercritica a 40°C e 2900 psi per 5 ore, rimuovendo completamente il cloroformio, ottenendo aerogeli monolitici. D) the dispersions are cooled in an ice-water bath and uniform gels are obtained. E) the gels removed from the glass cylinder are extracted with supercritical carbon dioxide at 40 ° C and 2900 psi for 5 hours, completely removing the chloroform, obtaining monolithic aerogels.

Figure 6. Profili di diffrazione dei raggi X del Ti02P25 tal quale e dei tre aerogeli preparati Figure 6. X-ray diffraction profiles of Ti02P25 as is and of the three prepared airgels

In figura 6 sono riportati i profili di diffrazione dei raggi X del Ti02P25 tal quale e dei tre aerogeli Figure 6 shows the X-ray diffraction profiles of Ti02P25 as it is and of the three aerogels

preparati. E’ palese il mantenimento della forma cristallina anatasio, come evidenziato dalla get ready. The maintenance of the anatase crystalline form is evident, as evidenced by the

presenza del corrispondente picco 101. La densità dei tre aerogeli è circa uguale a 0,1 g/cm<3>. presence of the corresponding peak 101. The density of the three aerogels is approximately equal to 0.1 g / cm <3>.

Esempio 6 Example 6

Si utilizza polistirene sindiotattico (sPS) prodotto dalla DOW Chemical con il marchio Questra 101 e poli(2,6-dimetil-l,4-fenilen)ossido (PPO) prodotto dalla Sigma Aldrich . Si utilizza come nano carica il foto catalizzatore NDT preparato così come descritto nell’esempio 1. Syndiotactic polystyrene (sPS) produced by DOW Chemical under the brand name Questra 101 and poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) oxide (PPO) produced by Sigma Aldrich is used. The NDT photo catalyst prepared as described in example 1 is used as a nano load.

Aerogeli monolitici con porosità pari al 90%, in forma di cilindri di diametro di 5 mm sono stati ottenuti a partire da dispersioni cóntenenti 90% in peso di solvente (benzoato di metile) mediante i seguenti stadi: Monolithic aerogels with porosity equal to 90%, in the form of cylinders with a diameter of 5 mm, were obtained starting from dispersions containing 90% by weight of solvent (methyl benzoate) by means of the following steps:

A) una polvere di NDT è dispersa in benzoato di metile, ad una temperatura di 100<0>C e la dispersione è tenuta sotto costante agitazione per 5 ore. A) a powder of NDT is dispersed in methyl benzoate, at a temperature of 100 <0> C and the dispersion is kept under constant stirring for 5 hours.

B) nella dispersione preparata in A sono disciolti s-PS e PPO in polvere in un rapporto in peso pari a 10/90 , in quantitativo tale che il rapporto in peso polimero/fotocatalizzatore sia pari a 95/5. B) in the dispersion prepared in A, s-PS and PPO in powder are dissolved in a weight ratio equal to 10/90, in a quantity such that the polymer / photocatalyst weight ratio is equal to 95/5.

C) la miscela così ottenuta viene sottoposta a sonicazione (frequenza di vibrazione 35KHz ) per tre ore, alla temperatura di 80 °C e successivamente inserita in uno stampo di vetro cilindrico. D) la dispersione è raffreddata in un bagno di acqua e ghiaccio e un gel uniforme è ottenuto E) il gel rimosso dal cilindro di vetro viene estratto con anidride carbonica supercritica a 40°C e 2900 psi per 5 ore, rimuovendo completamente il benzoato di metile ed ottenendo l’aerogelo monolitico. C) the mixture thus obtained is subjected to sonication (vibration frequency 35KHz) for three hours, at a temperature of 80 ° C and subsequently inserted into a cylindrical glass mold. D) the dispersion is cooled in an ice-water bath and a uniform gel is obtained E) the gel removed from the glass cylinder is extracted with supercritical carbon dioxide at 40 ° C and 2900 psi for 5 hours, completely removing the benzoate of methyl and obtaining the monolithic airgel.

Figure 7. Profili di diffrazione dei raggi X del fotocatalizzatore NDT e dell’aerogel monolitico a base di PPO e contenente sPS ed NDT Figure 7. X-ray diffraction profiles of the NDT photocatalyst and monolithic airgel based on PPO and containing sPS and NDT

In figura 7 sono riportati i profili di diffrazione dei raggi X del fotocatalizzatore NDT e dell’aerogel monolitico a base di PPO e contenente sPS ed NDT. E’ palese il mantenimento della forma cristallina anatasio, come evidenziato dalla presenza del corrispondente picco 101. La figura di diffrazione mostra anche che il PPO è nella modificazione cristallina nanoporosa limite con valori di 2Θ più alti osservati, .come riportato nella tabella 1 della pubblicazione Daniel, C.; Longo, S.; Vitillo, J.G.; Fasano, G.; Guerra, G. Chem. Mater. 2011, 23, 3195. La densità dell’aerogel è circa pari a 0,1 g/cm<3>. Figure 7 shows the X-ray diffraction profiles of the NDT photocatalyst and the monolithic airgel based on PPO and containing sPS and NDT. The maintenance of the anatase crystalline form is evident, as evidenced by the presence of the corresponding peak 101. The diffraction figure also shows that the PPO is in the limit nanoporous crystalline modification with values of 2Θ higher observed, as reported in table 1 of the publication. Daniel, C .; Longo, S .; Vitillo, J.G .; Fasano, G .; Guerra, G. Chem. Mater. 2011, 23, 3195. The density of the airgel is approximately equal to 0.1 g / cm <3>.

Claims (14)

Rivendicazioni 1. Aerogeli a base di polimeri con assorbanza inferiore a 0.1 nella regione spettrale del visibile, caratterizzati da distribuzione omogenea di particelle micrometriche o nanometriche con proprietà fotòcatalitiche in quantità compresa tra lo 0.1% ed il 50% in peso, tali aerogeli . aventi densità apparente compresa tra 0.7 e 0.005 g/cm<3>, preferibilmente tra 0.3 e 0.01 g/cm<3>, e con area superficiale superiore a 5 m<2>/g, preferibilmente superiore a 100 m<2>/g. Claims 1. Airgels based on polymers with absorbance lower than 0.1 in the visible spectral region, characterized by homogeneous distribution of micrometric or nanometric particles with photòcatalytic properties in quantities between 0.1% and 50% by weight, such aerogels. having bulk density between 0.7 and 0.005 g / cm <3>, preferably between 0.3 and 0.01 g / cm <3>, and with a surface area greater than 5 m <2> / g, preferably greater than 100 m <2> / g. 2. Aerogeli, secondo la rivendicazione 1, basati su polimeri con assorbanza inferiore a 0.1 nelle regioni spettrali del visibile e deH’ultravioletto, costituiti da polimeri semicristallini che sono in grado di dar luogo alla formazione di geli fisici. 2. Airgels, according to claim 1, based on polymers with absorbance lower than 0.1 in the visible and ultraviolet spectral regions, consisting of semi-crystalline polymers that are able to give rise to the formation of physical gels. 3. Aerogeli secondo le rivendicazioni 1 e 2, basati sul polietilene, preferibilmente ad alta densità. 3. Airgels according to claims 1 and 2, based on polyethylene, preferably of high density. 4. Aerogeli secondo le rivendicazioni 1 e 2, basati sull’acido polilattico. 4. Airgels according to claims 1 and 2, based on polylactic acid. 5. Aerogeli, secondo la rivendicazione 1, basati su polimeri in grado di formare fasi cristalline nano porose, cioè fasi cristalline che presentano una densità inferiore a quella delle corrispondenti fasi amorfe, ed in cui il contenuto di tali fasi è superiore al 5% in peso e preferibilmente superiore al 10% in peso. 5. Airgels, according to claim 1, based on polymers capable of forming nano-porous crystalline phases, i.e. crystalline phases having a density lower than that of the corresponding amorphous phases, and in which the content of such phases is higher than 5% in weight and preferably higher than 10% by weight. 6. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1 e 5, basati sul polistirene sindiotattico. 6. Airgels, according to claims 1 and 5, based on syndiotactic polystyrene. 7. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1 e 5, basati sul poli(2,6-dimetil-l,4-fenilene)ossido. 7. Airgels, according to claims 1 and 5, based on the poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene) oxide. 8. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1-7, in cui le particelle fotocatalitiche sono a base di ossido di titanio drogato di dimensioni inferiori a 25 nm. 8. Airgels, according to claims 1-7, wherein the photocatalytic particles are based on doped titanium oxide having dimensions lower than 25 nm. 9. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1-7, in cui le particelle fotocatalitiche sono a base di particelle di semiconduttori di dimensioni inferiori a 25 nm. 9. Airgels according to claims 1-7, wherein the photocatalytic particles are based on semiconductor particles having a size lower than 25 nm. 10. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1-7, in cui le particelle fotocatalitiche sono a base di semiconduttori supportati su particelle fosforescenti (fosfori). 10. Airgels according to claims 1-7, wherein the photocatalytic particles are based on semiconductors supported on phosphorescent particles (phosphors). 11. Aerogeli, secondo le rivendicazioni 1-10, in forma di manufatti monolitici utilizzabili come filtri o membrane. 11. Airgels, according to claims 1-10, in the form of monolithic products usable as filters or membranes. 12. Processi per la preparazione di aerogeli come dalle rivendicazioni 1-11 che comprendono i seguenti stadi: A) dispersione di micro o nano particelle foto catalitiche in un solvente, che sia in grado di solubilizzare il polimero indicato nello stadio 2, utilizzando un ammontare compreso tra 0. 1 % e 50% in peso, ad una temperatura compresa tra la.temperatura ambiente e 100 °C, tenendo la dispersione sotto costante agitazione, per un tempo compreso tra lmin e lOh. B) nella dispersione preparata in A è disciolto del polimero, in quantitativo tale che il rapporto in peso polimero/fotocatalizzatore sia compreso nell’intervallo 50/50-99.9/0.1 e che il solvente sia non meno del 30% in peso della dispersione. C) la dispersione così ottenuta viene sottoposta a sonicazione con frequenza di vibrazione superiore 10 Hz per un tempo superiore ad 1 min, a temperature comprese tra temperatura ambiente e 100 °C. D) la dispersione è raffreddata a temperature comprese tra temperatura ambiente e -80°C ed un gel uniforme è ottenuto E) il gel viene' estratto con anidride carbonica liquida o supercritica a pressioni comprese tra 50 e 350 bar e a temperature comprese tra 20°C e 70 °C e preferibilmente tra 25<P>C e 60°C. 12. Processes for the preparation of airgels according to claims 1-11 which include i following stages: A) dispersion of photo catalytic micro or nano particles in a solvent, which is capable of solubilize the polymer indicated in step 2, using an amount comprised between 0. 1% and 50% by weight, at a temperature between ambient temperature and 100 ° C, keeping the dispersion under constant stirring, for a time between 1min and 10h. B) the polymer is dissolved in the prepared dispersion in A, in a quantity such that the polymer / photocatalyst weight ratio is in the range 50 / 50-99.9 / 0.1 and that the solvent is not less than 30% by weight of the dispersion. C) the dispersion thus obtained is subjected to sonication with a vibration frequency higher than 10 Hz for a time higher than 1 min, at temperatures between room temperature and 100 ° C. D) the dispersion is cooled to temperatures ranging from room temperature to -80 ° C and a uniform gel is obtained E) the gel is extracted with liquid or supercritical carbon dioxide at pressures between 50 and 350 bar and at temperatures between 20 ° C and 70 ° C and preferably between 25 <P> C and 60 ° C. 13. Processi per la degradazione fotocatalitica di contaminanti organici da reflui liquidi o in correnti gassose, in presenza di luce UV e/o visibile, che utilizzano aerogeli come dalle rivendicazioni 1-11, a temperature comprese tra 10 e 60°C e pressioni comprese tra 1 e 10 atm. 13. Processes for the photocatalytic degradation of organic contaminants from liquid or in wastewater gaseous streams, in the presence of UV and / or visible light, which use aerogels as from claims 1-11, at temperatures between 10 and 60 ° C and pressures between 1 and 10 ATM. 14. Processi, secondo la rivendicazione 13, per i quali gli inquinanti organici sono VOCs alogenati, ciclici, aromatici o coloranti organici.14. Processes according to claim 13, for which the organic pollutants are VOCs halogenated, cyclic, aromatic or organic dyes.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050066574A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 The Regents Of The University Of California Aerogel and xerogel composites for use as carbon anodes
US20070259979A1 (en) * 2006-05-03 2007-11-08 Aspen Aerogels, Inc. Organic aerogels reinforced with inorganic aerogel fillers

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