ETD

• Ca-MOF
• circular economy
• fly ash
• metal-organic framework
• sustainability
• waste to energy

This thesis studies the valorization of fly ash (an industrial by-product) supplied by the Valorsul Waste-to-Energy plant based in Lisbon, as a sustainable calcium source for the synthesis of a calcium-based Metal-Organic Framework (Ca-MOF), using 2-aminoterephthalic acid as the organic linker.
Initially, the raw fly ash was characterized using ICP-OES, PXRD, FTIR, and SEM, revealing a mineralogical composition rich in components suitable for coordination chemistry. Two distinct synthesis routes were explored and compared: a mechanochemical approach involving ball milling and a liquid-phase route utilizing ash leachate. The resulting materials were characterized using the same techniques applied to the starting ash, supplemented by BET specific surface area analysis.
The mechanochemical route successfully synthetized a nanostructured, crystalline, and phase-pure Ca-MOF. Plus BET analysis revealed a significant increase in specific surface area for the sample processed via vibratory ball milling. Finally, the synthesized materials were tested, demonstrating good performance in the adsorption and removal of the dye Methylene Blue from aqueous solutions.
In conclusion, this work demonstrates that Valorsul fly ash can be effectively transformed into a functional MOF material, contributing to principles of circular economy.

Questa tesi esamina la valorizzazione delle ceneri volanti (un sotto prodotto industriale) fornite dal termovalorizzatore Valorsul (Lisbona, Portogallo) come fonte sostenibile di calcio per la sintesi di un Metal-Organic Frameworks a base di calcio (Ca-MOF) con l'utilizzo di acido 2-amminotereftalico come linker organico.
Per cominciare, le ceneri volanti grezze sono state caratterizzate mediante ICP-OES, PXRD, FTIR e SEM, rivelando una composizione mineralogica ricca e idonea alla chimica di coordinazione. Sono state esplorate e confrontate due distinte vie di sintesi: un approccio meccanochimico tramite macinazione a sfere e una via in fase liquida basata sull'impiego del lisciviato delle ceneri. I materiali ottenuti sono stati caratterizzati in modo analogo alla cenere di partenza con in più analisi dell'area superficiale specifica BET.
La via meccanochimica ha permesso di ottenere con successo un Ca-MOF nanostrutturato, cristallino e puro dal punto di vista della fase. L'analisi BET ha evidenziato un significativo aumento dell'area superficiale specifica per il campione sottoposto a macinazione a sfere con mulino vibratorio. Infine, i materiali sintetizzati sono stati testati, dimostrando buone prestazioni nell'adsorbimento e nella rimozione del colorante Blu di Metilene da soluzioni acquose.
Per concludere questo lavoro dimostra che le ceneri volanti di Valorsul possono essere efficacemente trasformate in un materiale funzionale MOF, contribuendo ai principi dell'economia circolare.