Sintesi di nanoparticelle su larga scala
Le nanoparticelle a elevata purezza sono più richieste per via della loro attività antibatterica in relazione ai prodotti tessili, per la loro attività catalitica nei reattori a membrana, grazie alle loro proprietà ritardanti di fiamma nei polimeri compositi o per migliorare l’efficienza delle celle solari. Le nanoparticelle possono sia essere derivate da materie prime che sintetizzate mediante approcci bottom-up, vale a dire da specie atomiche o molecolari, attraverso reazioni chimiche che consentono alle particelle di crescere nelle dimensioni. Fino ad oggi, la produzione di nanoparticelle prive di precursori hanno tipicamente coinvolto l’uso di reattori al plasma convenzionali. Tuttavia, le dimensioni e la complessità del set-up hanno comportato un ostacolo al loro uso diffuso a livello industriale. Inoltre, altri metodi di produzione delle nanoparticelle come i sistemi a scarica ad arco voltaico sono instabili, non essendo in grado di funzionare per periodi di tempo estesi e, similmente ai sistemi con scarica di scintille, a causa del basso tasso di produzione. Il progetto BUONAPART-E (Better upscaling and optimization of nanoparticle and nanostructure production by means of electrical discharges), finanziato dall’UE, ha prodotto progressi in quanto ai metodi con scarica ad arco voltaico e a scintilla per sintetizzare nanoparticelle metalliche con elevata purezza, mediante processi stabili e a basso costo, aventi elevati tassi di produzione e buona efficienza energetica. I processi migliorati permettono la sintesi di materiali diversi utilizzando la stessa piattaforma, la cui unità di evaporazione di base è un insieme di elettrodi. Un impatto ambientale minimo è assicurato grazie al mancato utilizzo di precursori chimici pericolosi e solventi, durante il ricircolo dei gas inerti. Un importante vantaggio è dato dalla possibilità di produrre nanoparticelle su misura, di dimensioni e caratteristiche specifiche. Utilizzando alimentatori economici e una serie di elettrodi, gli scienziati hanno ottenuto una velocità di evaporazione dei gas dieci volte superiore, raggiungendo per esempio 36 g/h (Zn), 4,4 g/h (Cu) e 1 g/h (Ag). Il team ha quindi incrementato la produzione del processo grazie a una configurazione di 16 set di elettrodi in parallelo, ottenendo risultati inalterati in quanto a qualità del prodotto, tasso di produzione e consumi di energia. Sono state depositate tre domande di brevetto per il metodo con scarica ad arco voltaico. Il processo con scarica a scintilla è stato ulteriormente migliorato sviluppando un alimentatore ad alta frequenza il quale permette di ottenere valori che raggiungono i 9 kHz anziché poche centinaia di Hertz, e mantenendo particelle di dimensioni ridotte. Con l’utilizzo di questi metodi semplici e a basso costo per la produzione di nanoparticelle, il consorzio del progetto ha dimostrato diverse applicazioni di integrazione delle stesse all’interno di prodotti intermedi o finali. Il progetto BUONAPART-E ha inoltre dimostrato percorsi praticabili e altamente sostenibili per la scalabilità della produzione di nanoparticelle con dimensioni di livello industriale. La piattaforma flessibile di nuova concezione consente la sintesi di nanoparticelle di alta qualità, in base alle richieste dei clienti, e con costi competitivi.
Parole chiave
Nanoparticelle, BUONAPART-E, scariche elettriche, prodotti tessili, reattori a membrana, celle solari
