L\u2019attivit\u00e0 di ricerca di Nicola Di Fidio (N.D.F.) \u00e8 incentrata sullo studio, l\u2019implementazione e l\u2019ottimizzazione di innovativi processi catalitici di interesse industriale volti a favorire la transizione dalle materie fossili a quelle rinnovabili di scarto come materie prime per la produzione di prodotti chimici, materiali e combustibili e l\u2019adozione di condizioni di reazione a basso impatto ambientale. In generale, l\u2019attivit\u00e0 di ricerca di N.D.F. si pone come obiettivo quello di implementare i principi della chimica verde e dell\u2019economia circolare in moderni schemi integrati di bioraffineria, nei quali uno o pi\u00f9 biomasse di scarto, derivanti dalla filiera agro-industriale, vengono utilizzate come materia prima rinnovabile per la sintesi di prodotti a elevato valore aggiunto, che trovino diretta applicazione in consolidati processi industriali o che fungano da piattaforma chimica per la sintesi di altre molecole di interesse commerciale.
\nLa peculiarit\u00e0 dell\u2019attivit\u00e0 di ricerca svolta consiste nella creazione di innovativi schemi di processo basati su una combinazione sinergica della catalisi chimica e della biocatalisi. L\u2019adozione di strategie catalitiche estremamente versatili, che spaziano dalla catalisi chimica omogenea ed eterogenea alla biocatalisi con enzimi e cellule intere, permette di ottimizzare processi integrati ad hoc per la conversione completa di biomasse di scarto in molecole a valore aggiunto di interesse industriale. Inoltre, la combinazione di catalisi chimica e biologica favorisce l\u2019adozione di condizioni di reazione pi\u00f9 sostenibili da un punto di vista ambientale, grazie alla maggiore modulabilit\u00e0 di processo in funzione della tipologia di substrato e soprattutto del prodotto finale di interesse.
\nAl fine di consentire la definizione delle migliori strategie di processo per la valorizzazione su misura di ogni biomassa di scarto impiegata come materia prima, l\u2019attivit\u00e0 di ricerca di N.D.F. si \u00e8 concentrata anche sull\u2019acquisizione di un ampio numero di metodiche di caratterizzazione delle biomasse: analisi quantitativa e qualitativa della composizione chimica delle biomasse (glucano, xilano, arabinano, galattano, mannano, ulvano, lignina acido insolubile, lignina acido solubile, ceneri, estrattivi, umidit\u00e0), spettroscopia infrarossa e ultravioletta\/visibile, diffrattometria a raggi X, analisi dimensionale delle fibre, microscopia ottica per visione stereoscopica, analisi elementare, analisi termogravimetrica, cromatografia ad esclusione dimensionale.
\nLe biomasse utilizzate come materia prima rinnovabile durante l\u2019attivit\u00e0 di ricerca sono state diverse sia per natura chimica sia per fonte di produzione. Sono stati ideati e sviluppati processi di valorizzazione sia di colture energetiche dedicate in grado di essere coltivate su terreni contaminati e\/o marginali, come la canna gigante (Arundo donax L.), sia di scarti agro-industriali del territorio, come i residui deoleati del cardo (Cynara cardunculus L.) e della canapa sativa (Cannabis sativa L.), vari fanghi di cartiera, la carta non riciclabile prodotta dagli impianti metalmeccanici di cartiera e l\u2019alga in eccesso raccolta presso la Laguna di Orbetello (Ulva rigida L.), la quale rappresenta un serio e costante problema ambientale. L\u2019attivit\u00e0 di ricerca inerente alla valorizzazione della canapa sativa \u00e8 in fase di svolgimento nell\u2019ambito del progetto POR CreO FESR Toscana 2014-2020 Azione 1.1.5. sub-azione a1.
\nDurante l\u2019attivit\u00e0 di ricerca, al fine di valorizzare in maniera integrale le componenti polisaccaridiche e ligniniche di ciascuna tipologia di biomassa sono stati sviluppati processi a cascata a basso impatto ambientale basati su diverse combinazioni di catalizzatori chimici e biologici. In particolare, sono stati studiati approcci di catalisi chimica omogenea, basati sull\u2019impiego di acidi come acido solforico, acido cloridrico e cloruro ferrico, ed eterogenea, basati sull\u2019impiego della resina acida a scambio ionico Amberlyst-70. Studi di reattivit\u00e0 in autoclave Parr su scala laboratorio sono stati condotti anche su biomasse pretrattate con anidride carbonica in condizioni subcritiche e supercritiche. Ad essi si sono aggiunti approcci biotecnologici basati sull\u2019impiego di enzimi commerciali, quali cellulasi, emicellulasi e proteasi, e di cellule intere, come i lieviti oleaginosi Cutaneotrichosporon oleaginosus, Lipomyces starkeyi, Yarrowia lipolytica e i batteri lattici, come Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum e Lactobacillus reuteri. Inoltre, per la valorizzazione della frazione ligninica mediante depolimerizzazione elettro-ossidativa sono stati studiati e ottimizzati diversi catalizzatori, quali grafite, nichel ossido idrossido e platino, sia mediante voltammetria ciclica sia mediante elettrolisi a potenziale costante.
\nIn tutti gli schemi di bioraffineria realizzati, le reazioni sono state condotte seguendo metodiche della green chemistry, usando sempre il mezzo acquoso e adottando, quando possibile, reattori innovativi a microonde o ultrasuoni o il riscaldamento ohmico. Inoltre, l\u2019ottimizzazione dei principali parametri di processo \u00e8 stata spesso condotta mediante approcci chemiometrici, come il design of experiments (DoE) e l\u2019analisi delle superfici di risposta.
\nInsieme all\u2019ampio ventaglio di approcci catalitici studiati, la produzione di un numero significativo di molecole target di interesse industriale ha caratterizzato l\u2019attivit\u00e0 di ricerca di N.D.F. \u00c8 stata studiata e ottimizzata la produzione di monosaccaridi di seconda e terza generazione, quali glucosio, fruttosio, xilosio e arabinosio (reazione di idrolisi), di polisaccaridi, quale l\u2019ulvano, di derivati del furano, quali furfurale, 5-idrossimetilfurfurale (reazione di disidratazione) e 2,5-bis(idrossimetil)furano (reazione di idrogenazione), di acidi organici, quali acido levulinico, acido formico e acido acetico, di esteri, quali alchil levulinati, come l\u2019n-butil levulinato (reazione di alcolisi), trigliceridi, metilesteri di acidi grassi (reazione di trans-esterificazione), e una vasta gamma di monomeri aromatici, quali vanillina, acido vanillico, acido siringico, 4-idrossibenzaldeide, acido cumarinico, apocinina, acido sinapico, 2,6-dimetossifenolo, 4-etilcatecolo, ecc. (reazione di elettro-ossidazione). I prodotti ottenuti attraverso processi sostenibili a basso impatto ambientale trovano importanti applicazioni nel settore energetico, per la sintesi di biodiesel di nuova generazione e additivi per carburanti, nel settore chimico, nel settore conciario, nel settore cosmetico e in quello della mangimistica animale.
\nInfine, l\u2019attivit\u00e0 di ricerca di N.D.F. ha riguardato anche la caratterizzazione qualitativa e quantitativa dei prodotti di interesse mediante diverse tecniche analitiche, quali cromatografia liquida (HPLC\/UPLC), gas cromatografia (GC), spettrometria di massa (MS), spettroscopia IR e UV-VIS.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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