Synthesis of Si-rich LTA zeolite membranes used for selective separation of water-methanol mixtures

In recent decades, the focus on energy sustainability and the reduction of greenhouse gas emissions has led to the development of alternatives to fossil fuels. In this context, methanol stands out as a promising energy carrier, both as a fuel and as a feedstock for chemical synthesis. This thesis focuses on the sustainable production of methanol through the catalytic conversion of CO₂, with particular attention to the use of zeolite membranes for the selective separation of water from methanol within the reactor. Traditional methanol synthesis processes and the associated thermodynamic and kinetic challenges are examined. Subsequently, the research focuses on the design and characterization of zeolite membranes used for water removal in reactors, evaluating their performance in terms of permeability and selectivity. Experimental results demonstrate that the use of membranes enhances process efficiency by increasing conversion, reducing the recycling of synthesis gases, and lowering energy costs. This strategy represents a step forward in the decarbonization of the chemical industry, providing an innovative approach to the sustainable production of fuels and chemical products.

Negli ultimi decenni, l'attenzione verso la sostenibilità energetica e la riduzione delle emissioni di gas serra ha portato allo sviluppo di alternative ai combustibili fossili. In questo contesto, il metanolo si distingue come un vettore energetico promettente, sia come carburante che come materia prima per la sintesi chimica. La presente tesi si concentra sulla produzione sostenibile di metanolo mediante la conversione catalitica della CO₂, con particolare attenzione all'impiego di membrane zeolitiche per la separazione selettiva dell’ acqua dal metanolo all'interno del reattore. Vengono esaminati i processi tradizionali di sintesi del metanolo e le sfide termodinamiche e cinetiche associate. Successivamente, la ricerca si focalizza sulla progettazione e caratterizzazione delle membrane zeolitiche utilizzate per la rimozione di acqua dai reattori, valutando le loro prestazioni in termini di permeabilità e selettività. I risultati sperimentali dimostrano che l'uso di membrane migliora l'efficienza del processo aumentando la conversione, riducendo il riciclo dei gas di sintesi e abbattendo i costi energetici. Questa strategia rappresenta un passo avanti verso la decarbonizzazione dell'industria chimica, fornendo un approccio innovativo per la produzione sostenibile di combustibili e prodotti chimici.