La produzione di sistemi nano-catalitici con diverse funzionalità permette di ottenere prodotti con potenziale applicazione in diversi settori industriali. Il progetto prevede la produzione di un sistema catalitico misto costituito da TiO2 modificato (drogaggio) attivabile con luce Visibile oltre che con luce Ultravioletta, e da ZnO, in forma sia di nano-particelle che nano-rods. Le miscele, costituite da diverse percentuali di TiO2, opportunamente drogato, e ZnO nelle due nano-strutture, saranno utilizzate per la rimozione dei maggiori inquinanti presenti in aria e nelle acque reflue, ma anche come agenti anti-microbici. Le formulazioni ottimizzate saranno supportate su materiali inorganici di natura cementizia per la loro applicazione su superfici interne ed esterne di edifici, dove sia la luce naturale che quella artificiale contribuiscono, grazie allo sviluppo contemporaneo di proprietà anti-inquinanti e anti-microbiche dei catalizzatori, al risanamento e alla disinfezione dell¿aria. Supportando le miscele catalitiche su materiali organici invece sarà possibile sviluppare sia coating anti-inquinanti, auto-pulenti e anti-microbici, per applicazioni industriali e civili, sia coating anti-fouling a basso impatto ambientale per applicazioni in ambienti marini e lacustri, in particolare nel settore della cantieristica navale, offshore e industriale. Lo sviluppo di comunità biologiche multi-specifiche causa infatti problemi prestazionali ed economici dovuti agli elevati costi di carenaggio di grandi strutture navali per la rimozione del fouling e al consumo di carburante causato dall¿ aumento della resistenza a crociera. Piccole quantità infatti di incrostazioni possono portare ad un aumento del consumo di carburante del 40% ¿ 50%. I prodotti sviluppati utilizzando metodi di sintesi ecocompatibili, riferibili alle indicazioni della Green Chemistry e dalla Green Chemical Engineering, saranno valutati in tutte le loro caratteristiche sia morfologiche che prestazionali.
L'innovazione della ricerca è nella produzione di un ossido di titanio drogato per aumentarne sia il range di attivazione nella sua funzione di catalizzatore sia la compatibilità con altre nanoparticelle per ottenere miscele di catalizzatori applicabili in diversi settori industriali, per abbattere inquinanti gassosi e in fase acquosa. La messa a punto di diversi sistemi di drogaggio e la loro sintesi terrà in considerazione la necessità di prevedere un processo chimico scalabile per le elevate produzioni e dovrà prevedere, secondo le indicazioni della Green Chemistry e della Green Chemical Engineering, l'uso limitato di solventi, massimizzando la produzione con sistemi a base acquosa, Nel caso specifico le miscele nanodimensionate di anatase drogato e ossido di zinco saranno utilizzare per produrre coatings a base inorganica da applicare su superfici interne ed esterne di edifici e coating a base organica per applicazioni antimicrobiche contro la formazione di biofilm su carene di barche, cabinati, motoscafi e grandi navi.
Trattare un edificio sia internamente che esternamente permette di controllare la qualità dell'aria negli ambienti, dando un profondo contributo al controllo sia degli inquinanti gassosi presenti nell'atmosfera, che emessi negli ambienti interni. Inoltre si aggiunge un controllo anti-microbico, richiesto in ambienti particolari come ospedali e aree di lavoro pubblico, aumentandone la vivibilità e la salubrità.
Lo studio e la messa a punto della sintesi di nano-particelle di ossido di titanio drogato con adatti drogaggi per aumentarne l'assorbimento nel VIS, sarà incentrato sulla comprensione del meccanismo di drogaggio per comprendere la relazione tra la sostanza drogante e l'intensità dell'assorbimento. Si cercherà di identificare la struttura modificata dell'anatase al fine di controllare come il drogante viene inserito e come la sua interazione comporti la variazione energetica dei livelli di semiconduzione per favorirne l'attività nel VIS, oltre che nel UV. Questo comporta una innovazione nello studio di questi composti perchè fino ad ora in letteratura l'interazione tra modifica della morfologia, numerosità del sistema drogante e intensità dell'assorbimento nel VIS non è stato ancora dimostrato, soprattutto nell'aumento dell'efficienza come sistema catalitico per l'abbattimento di inquinanti gassosi.
Ulteriore innovazione è nello sviluppo di un sistema catalitico anti-inquinante e anti-microbico per sistemi acquosi, come ambienti marini e lacustri. Lo sviluppo di un sistema nano-particellare permetterà di ottenere aree superficiali attive con minor quantitativo di catalizzatore, eliminando così l'uso attuale di un catalizzatore di rame in alte concentrazioni (20%), che risulta essere altamente tossico per gli organismi viventi.
Anche in questo caso lo studio della metodologia di applicazione del prodotto finale su un substrato organico comporta un avanzamento nella conoscenza del sistema catalitico. Infatti la sua deposizione in questo caso riveste un elemento importante per l'ottenimento della miglior efficienza. Depositare il particolato in modo da costituire una adatta rugosità, permette di controllare l'efficienza del catalizzatore e donare al substrato un effetto idrorepellente fondamentale per la stabilità e l'efficienza del coating nel tempo. Infatti per l'applicazione richiesta, l'azione erosiva dell'acqua costituisce un elemento fondamentale da considerare e dare una idrorepellenza al film, significa ridurre l'impatto del moto dell'acqua sul film catalitico stesso. La deposizione ha poi un'azione diretta sulla modalità di attacco delle comunità biologiche presenti nelle acque. Infatti, la sua distribuzione uniforme consente di avere un'area di azione elevata per poter degradare sostanze e microorganismi con diversa dimensione e forma.
La messa a punto della deposizione sarà caratterizzata attraverso uno studio approfondito con la microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM) al fine di mettere in relazione la distribuzione delle particelle sulla superficie del substrato polimerico e l'interazione delle particelle tra di loro. La formazione di strutture gerarchiche, tipiche delle strutture nanoparticellari idrorepellenti, sarà indice di una buona deposizione.
La determinazione del meccanismo di drogaggio dell'anatase, del metodo di deposizione delle nano-particelle su supporti organici e la determinazione dell'attività di diversi sistemi catalitici su differenti inquinanti e microorganismi permetterà di elaborare diversi articoli innovativi e lo sviluppo di specifici progetti sia nazionali che internazionali in collaborazione con enti nazionali e internazionali, come ETH Zurigo, CNR ed ENEA.