Produzione di idrogeno da biomasse e acque reflue industriali mediante luce solare con catalizzatori a base di diossido di titanio e nitruro di carbonio grafitico

In this thesis work, inorganic and organic catalysts have been systematically studied for the photocatalytic production of hydrogen from sugar solutions and from industrial waste water with use of sunlight. The first part of the work focused on modifying titanium dioxide to extend its absorption to the visible region and improve its photocatalytic capabilities. For this purpose the semiconductor was modified with different amounts of lignin or humic acids, immobilized on the dioxide by adsorption or by pyrolysis. The materials produced were tested as catalysts for the production of hydrogen in the presence of co-catalyst (platinum). The second part focused primarily on the study of the most appropriate conditions for the use of two catalysts (titanium dioxide and graphite carbon nitride), going to evaluate different concentrations of semiconductor and platinum co-catalyst. To overcome the problems caused by the use of platinum, it was replaced by copper and nickel. After selecting the four best systems, it was decided to evaluate the production of hydrogen in solution containing biomass (glucose, lactose, galactose, maltose) and the subsequent test in waste water content high sugar deriving from industrial processes.

In questo lavoro di tesi catalizzatori inorganici ed organici sono stati sistematicamente studiati per la produzione fotocatalitica di idrogeno da soluzioni zuccherine e da acque reflue industriali con l’impiego di luce solare. La prima parte del lavoro si è concentrata sulla modificazione del diossido di titanio per estendere il suo assorbimento alla regione del visibile e migliorarne le capacità fotocatalitica. A tale scopo il semiconduttore è stato modificato con differenti quantità di lignina o acidi umici, immobilizzati sul diossido per adsorbimento o mediante pirolisi. I materiali prodotti sono stati testati come catalizzatori per la produzione di idrogeno in presenza di platino come co-catalizzatore. La seconda parte si è concentrata in primis sullo studio delle condizioni più opportune per l’utilizzo di due catalizzatori (diossido di titanio e nitruro di carbonio grafitico), andando a valutare diverse concentrazioni di semiconduttore e di co-catalizzatore (platino). Per ovviare alle problematiche dettate dall’utilizzo del platino si è provveduto alla sua sostituzione con rame e nichel. Dopo aver selezionato i quattro sistemi migliori si è passato alla valutazione della produzione di idrogeno in soluzioni contenenti biomasse (glucosio, lattosio, galattosio, maltosio) e alla successiva prova in acque reflue derivanti da processi industriali alimentari ad elevato contenuto zuccherino.