Membrane nanostrutturate "core-shell" per applicazioni ambientali: tecnologie produttive e performance piezocatalitiche a confronto.

This work concerns the design and development of nanostructured membranes conceived for environmental applications, in particular for the abatement of organic compounds in liquid phase. The membranes produced consist of a substrate of Polyvinidylenfluoride (PVDF) nanofibers, on which a thin and homogeneous layer of titanium dioxide (TiO2) is deposited. The aim is to obtain a "core-shell" type nanostructure, where the core is made up of PVDF, coaxially coated by a titanium oxide layer. PVDF is a piezocatalytic polymer which, when mechanically stressed, increases the photocatalytic efficiency of TiO2. The PVDF nanofibers were obtained by electrospinning, while two different techniques were implemented for the titanium dioxide layer: coaxial electrospinning and Atomic Layer Deposition (ADL). The membranes were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM), thermogravimetric analysis (TGA) and by X-ray diffraction (XRD). The two deposition techniques were analyzed and compared by evaluating the photocatalytic activity of the related membranes. These tests were carried out in batch with a reactor specially designed for photocatalysis. Phenol was chosen as the organic pollutant, and its concentration trend over time during abatement was evaluated.

Questo lavoro di tesi riguarda la progettazione e lo sviluppo di membrane nanostrutturate concepite per applicazioni ambientali, in particolare per l’abbattimento di composti organici in fase liquida. Le membrane prodotte sono costituite da un substrato di nanofibre in Polivinidilenfluoruro (PVDF), sulle quali viene depositato uno strato sottile ed omogeneo di biossido di titanio (TiO2). Lo scopo è quello di ottenere una nanostruttura del tipo “core-shell”, dove il core è costituito dal PVDF, ricoperto a sua volta coassialmente dall’ossido di titanio. Il PVDF è un polimero piezocatalitico che sollecitato meccanicamente consente di aumentare l’efficienza fotocatalitica del TiO2. Le nanofibre in PVDF sono state ottenute mediante electrospinning, mentre per lo strato in biossido di titanio sono state implementate due tecniche diverse: l’electrospinning coassiale e l’Atomic Layer Deposition (ADL). Le membrane sono state caratterizzate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM), tramite analisi termogravimetrica (TGA) e mediante diffrazione ai raggi X (XRD). Le due tecniche di deposizione sono state analizzate e confrontate valutando l’attività fotocatalitica delle relative membrane. Tali test sono stati svolti in discontinuo con un reattore appositamente concepito per la fotocatalisi. Come inquinante organico è stato scelto il fenolo, del quale se ne è valutato l’andamento della concentrazione nel tempo durante l’abbattimento.