ECTS - University of Pisa
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GREEN CHEMISTRY FOR MATERIALS AND PROCESSES
MAURIZIA SEGGIANI
Academic year2023/24
CourseMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY
Code360CC
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageEnglish

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
GREEN CHEMISTRY FOR MATERIALS AND PROCESSESCHIM/07LEZIONI48
MAURIZIA SEGGIANI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:

Conoscere i principi della chimica verde applicati alla produzione dei materiali e ai processi chimici;
Conoscere gli strumenti e le metodologie per la valutazione del rischio chimico, tossicologico e ambientale, l'analisi del ciclo di vita di prodotti e processi;
Conoscere i criteri di selezione delle materie prime per produrre materiali e prodotti chimici;
Conoscere i criteri per la selezione di catalizzatori supportati eterogenei;
Trovare vie di reazione alternative con migliori prestazioni ambientali;
Trovare solventi alternativi ai COV: fluidi supercritici, liquidi ionici/eutettici, ecc...;
Conoscere i metodi/attrezzature per intensificare un processo chimico.
Knowledge

After completion of the course the student should be able to:

  • Know the principles of green chemistry applied to production of materials and to chemical processes;
  • Know the tools and methodologies for the assessment of chemical, toxicological and environmental risk, life cycle analysis of products and processes;
  • Know the criteria for selecting raw materials to produce materials and chemical products;
  • Know the criteria for selecting heterogeneous supported catalysts;
  • Find alternative reaction pathways with better environmental performance;
  • Find Alternative solvents to VOC: supercritical fluids, ionic/eutectic liquids, etc...;
  • Know the methods/equipment to intensify a chemical process. 
Modalità di verifica delle conoscenze

Le conoscenze saranno valutate tramite:

  • incarichi in corso
  • prova scritta finale valutando le conoscenze e l'appliance in base ai risultati di apprendimento previsti.
Assessment criteria of knowledge

Knowledge will be assessed via:

  • ongoing assignments
  • final written exam evaluating the knowledge and appliance according to the intended learning outcomes.
Capacità

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:

  • Dimostrare efficaci capacità di comunicazione e lavoro di squadra attraverso relazioni e presentazioni tecniche
  • comprendere le ragioni della scelta dei percorsi di reazione, delle materie prime e delle apparecchiature al fine di aumentare la sostenibilità di un prodotto o processo.
Skills

After the completion of the course, the student will be able to:

  • Demonstrate effective communication and teamwork skills through technical reports and presentations
  • to understand the reasons for the choice of reaction paths, raw materials and equipment in order to increase the sustainability of a product or process.
Modalità di verifica delle capacità

Le competenze saranno valutate tramite:

  • incarichi di gruppo
  • esame finale.
Assessment criteria of skills

Skills will be assessed via:

  • ongoing group assignments
  • final exam.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Chimica generale e chimica organica
Prerequisites

General Chemistry and Organic Chemistry
Programma (contenuti dell'insegnamento)
  1. Introduzione alla Chimica Verde: i 12 principi della chimica verde e definizione di indicatori ambientali quali economia atomica, fattore ambientale e intensità di massa del processo. Esempi di strategie per migliorare l'economia atomica dei processi produttivi mediante percorsi sintetici alternativi, riutilizzo o riciclo dei sottoprodotti.
  2. Catalisi e catalizzatori eterogenei: catalizzatori verdi, biocatalizzatori e catalizzatori non metallici ad alta attività, selettività, stabilità e riciclabilità.
  3. Solventi verdi: proprietà e applicazioni dei solventi verdi come fluidi supercritici, liquidi ionici, acqua, solventi a base biologica, polimeri liquidi non tossici. Esempi di applicazione di liquidi ionici, solventi eutettici profondi (DES) e fluidi supercritici in processi di separazione e frazionamento come l'estrazione di biomolecole e biopolimeri attivi da biomasse e tecnologie enzimatiche.
  4. Selezione dei reagenti e dei cammini di reazione: sfruttamento delle vie di reazione e dei processi utilizzando reagenti più ecologici, economici e sicuri ed energia sostenibile, come ossigeno molecolare, perossido di idrogeno, carbonati organici ed energia solare. Identificazione di percorsi di reazione chimica per una migliore performance ambientale del processo produttivo di un prodotto.
  5. Uso della biomassa come materia prima: sviluppo di tecnologie efficienti, verdi ed economiche per convertire le biomasse rinnovabili (lignocellulose, proteine e alghe) in sostanze chimiche e materiali preziosi.
  6. Plastiche biobased e biodegradabili: produzione, proprietà e applicazioni di PLA, PHAs, PBS/PBSA e miscele di amido termoplastico.
  7. Intensificazione dei processi chimici: intensificazione dei processi mediante produzione continua e intensificazione dei processi di reazione e chimici mediante metodi quali reattore a miscelazione statica, reattore monolitico, microreattore, scambiatore di calore compatto, reattore di calore integrato e fonti di energia alternative: microonde e ultrasuoni.
Syllabus
  1. Introduction of Green Chemistry: the 12 principles of green chemistry and definition of environmental indicators such as atom economy, environmental factor and process mass intensity. Examples of strategies to improve the atom economy of production processes by alternative synthetic pathways, reuse or recycle of byproducts.  
  2. Catalysis and Heterogeneous catalysts: green catalysts, biocatalysts and nonmetallic catalysts with high activity, selectivity, stability and recyclability.
  3. Green solvents: properties and applications of green solvents such as supercritical fluids, ionic liquids, water, biobased solvents, nontoxic liquid polymers. Examples of application of ionic liquids, deep eutectic solvents (DES), and supercritical fluids in separation and fractionation processes such as extraction of active biomolecules and biopolymers from biomass and enzymatic technologies.
  4. Selection of reagents and reaction pathways: exploitation of reaction routes and processes using greener, cheaper, safer reagents and sustainable energy, such as molecular oxygen, hydrogen peroxide, organic carbonates and solar energy. Identification of chemical reaction pathways for a better environmental performance of the production process of a product.  
  5. Use of biomass as feedstock: development of efficient, green, and economic technologies to convert renewable biomass (lignocelluloses, protein and algae) into valuable chemicals and materials.
  6. Biobased and biodegradable plastics: production, properties and applications of PLA, PHAs, PBS/PBSA and termoplastic starch blends. 
  7. Intensification of chemical processes: process intensification by continuous production and intensification of reaction and chemical processes using methods such as static mixing reactor, monolithic reactor, microreactor, compact heat exhanger, integrated heat reactor, and alternative sources of energy: microwave and ultrasound. 
Bibliografia e materiale didattico

Text books (suggested):

  • Title: Green Chemistry and Chemical Engineering (Second Edition)

Editors: Buxing Han; Tianbin Wu

ISBN: 978-1-4939-9060-3; doi: 10.1007/978-1-4939-9060-3

  • Title: Green Chemistry and Engineering, a pathway to sustainability.

Editors: Anne E. Marteel-Parish; Martin A. Abraham

ISBN: 978-0-470-41326-5

Slides used by the teacher after each class
Bibliography

Text books (suggested):

  • Title: Green Chemistry and Chemical Engineering (Second Edition)

Editors: Buxing Han; Tianbin Wu

ISBN: 978-1-4939-9060-3; doi: 10.1007/978-1-4939-9060-3

  • Title: Green Chemistry and Engineering, a pathway to sustainability.

Editors: Anne E. Marteel-Parish; Martin A. Abraham

ISBN: 978-0-470-41326-5

Slides used by the teacher after each class
Indicazioni per non frequentanti

Contattare l'insegnante per il materiale didattico e informazioni sul corso.
Non-attending students info

Contact the teacher for the didactic material and course information.
Modalità d'esame

L'esame finale consiste in una prova scritta composta da domande ed esercizi semplici da risolvere sugli argomenti trattati nel corso. 
La prova orale è facoltativa e può essere svolta a discrezione dello studente previo superamento della prova scritta con voto > 17/30.
Assessment methods

The final exam consists of a written test consisting in
questions and simple exercises to solve on the topics covered in the course.
The oral exam is optional and can be done at the student's discretion after passing the written test with a grade> 17/30.
Updated: 05/09/2023 15:41