Curriculum vitae Prof.ssa Francesca Pagnanelli
La Prof.ssa Francesca Pagnanelli è Professore Associato nel settore scientifico disciplinare Teoria dello sviluppo dei processi chimici (SSD ING-IND/26; SC 09/D2) presso il Dipartimento di Chimica della Facoltà SMFN della Sapienza.
La Prof.ssa Pagnanelli afferisce al Consiglio di Area Didattica di Chimica Industriale della Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali dell’Università Sapienza di Roma e al CAD della Laurea Magistrale in Ingegneria delle Nanotecnologie della Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale. Dal 2010 è membro del Collegio dei Docenti del Dottorato di Ingegneria Chimica della Facoltà di Ingegneria dell’Università Sapienza di Roma.
E’ Direttore (2016) del Centro di Ricerca interuniversitario High Tech Recycling - Sviluppo di tecnologie innovative ecocompatibili per il recupero e valorizzazione di rifiuti high-tech di origine domestica, industriale, sanitaria e portuale.
E’ socia fondatrice dello Spin-Off universitario Eco Recycling per il trasferimento tecnologico nel settore dello smaltimento di rifiuti (anno fondazione 2008).
Attività di ricerca e attività didattica
Le attività di ricerca sono state finalizzate allo sviluppo di prodotti e processi innovativi in ambito bio- e idrometallurgico con particolare attenzione allo studio dei fenomeni chimici e biologici in differenti campi di applicazione:
- processi caratterizzati dall’interazione e il trasferimento di specie metalliche tra sistemi acquosi e matrici solide (bioadsorbimento, lisciviazione, sintesi di nanoparticelle)
- processi di crescita biologica (coltivazioni microalgali, bioprecipitazione, biolisciviazione).
La ricerca è stata caratterizzata dall’applicazione in campi innovativi di metodologie tipiche del settore di Teoria dello sviluppo dei processi chimici quali il design sperimentale per l’ottimizzazione di prodotto e processo, l’analisi dati, lo sviluppo di modelli empirici e modelli interpretativi (meccanicistici e a principi primi) e la loro validazione sperimentale.
L’attività didattica svolta dalla Prof.ssa Pagnanelli include due insegnamenti (Analisi e controllo dei processi chimici, ACPC; Risorse alternative e materie prime secondarie, RAMPS) nel corso di Laurea Magistrale di Chimica Industriale (Facoltà SMFN della Sapienza) e un insegnamento (Laboratory of Biochemical Instrumentation, LBI) nel corso di Laurea Magistrale in Ingegneria delle Nanotecnologie della Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale.
L’insegnamento ACPC fornisce agli studenti la formazione di base per l’applicazione delle tecniche di design sperimentale (sperimentazione fattoriale), per l’analisi statistica e la regressione dei dati (test d’ipotesi, analisi della varianza, analisi di regressione). Gli studenti acquisiscono inoltre le conoscenze di base per lo studio della dinamica dei sistemi (comportamento dinamico di sistemi del I e II ordine, analisi di stabilità linearizzata) con applicazione allo sviluppo di sistemi di controllo automatici. Le lezioni di teoria sono accompagnate da esercitazioni in aula su problemi di interesse della chimica industriale che forniscono agli studenti la capacità di utilizzare le tecniche di programmazione degli esperimenti e relativa analisi statistica dei dati; effettuare la regressione lineare di dati sperimentali e relativa analisi statistica; sviluppare rappresentazioni matematiche (funzioni di trasferimento) di sistemi dinamici e determinarne la stabilità e il comportamento dinamico qualitativo anche quando inseriti in loop di controllo.
L’insegnamento RAMPS fornisce informazioni di base sugli aspetti termodinamici e sulle operazioni unitarie di processi pirometallurgici e idrometallurgici per il recupero di metalli da materie prime primarie e secondarie. Esempi specifici di processi pirometallurgici e idrometallurgici anche oggetto dell’attività di ricerca del gruppo (trattamento di rifiuti tecnologici) sono trattati a lezione mediante elaborazione di diagrammi a blocchi e interpretazione di diagrammi termodinamici inerenti.
L’insegnamento LBI fornisce agli studenti le nozioni di base del design sperimentale e l’analisi statistica dei dati declinate in esercitazioni in aula dedicate. Si forniscono inoltre informazioni teoriche relative ad applicazioni biotecnologiche innovative oggetto di ricerca del gruppo (bioadsorbimento e bioproduzioni da coltivazioni microalgali) con particolare attenzione agli aspetti metabolici e chimici, alla modellazione avanzata di tali sistemi e alle tecniche di caratterizzazione sperimentale (spettrofotometria di assorbimento atomico e UV visibile, cromatografia liquida ad alta prestazione, microscopia ottica, potenziometria) che consentono la validazione dei modelli sviluppati mediante determinazione dei siti attivi e delle componenti biologiche. L’attività di laboratorio integrata nei filoni di ricerca attivi nel gruppo costituisce il momento di applicazione delle conoscenze acquisite sulle applicazioni innovative biotecnologiche e sulla caratterizzazione sperimentale. I dati sperimentali ottenuti dagli studenti nelle esperienze di laboratorio sono elaborati utilizzando tecniche di analisi statistica e modellazione avanzata in report scritti oggetto della valutazione finale.
Progetti di ricerca, collaborazioni e finanziamenti
NANOMATERIALI: sviluppo di nanomateriali innovativi a base di metalli.
Le attività, iniziate nel 2012 con il progetto Nanohydro (cofinanziato da Filas) hanno riguardato la sintesi e la caratterizzazione di nanomateriali ottenuti mediante differenti tecniche (via elettrochimica, micelle inverse, via idrotermale) col fine di identificare i parametri operativi che controllano la dimensione, la forma e la dispersione delle nanoparticelle prodotte.
Le attività sulla produzione di nanoparticelle metalliche per elettrodeposizione sono state prevalentemente svolte nel Dipartimento di Chimica di Sapienza [1-4] in collaborazione con docenti di chimica fisica afferenti allo stesso Dipartimento [5]. La sintesi di nanoparticelle mediante micelle inverse [6] è stata realizzata anche in collaborazione con ricercatori dell’Università Waseda di Tokio [7-8]. Il settore della sintesi idrotermale è stato sviluppato sia nel dipartimento di Chimica [9] che in collaborazione con ricercatori dell’Istanbul Technical University [10].
MICROALGAE: ottimizzazione del processo di coltivazione microalgale.
Le attività, iniziate nel 2011 con il progetto di ricerca Alghe Energetiche (cofinanziato dal Ministero dell’Ambiente) hanno portato alla progettazione e costruzione di un impianto di coltivazione fototrofo outdoor.
I bilanci di materia e di energia determinati durante l’attività di ottimizzazione della coltivazione, hanno evidenziato la necessità di trovare processi produttivi alternativi, sfruttando il metabolismo eterotrofo delle microalghe e ovviando così agli ingenti costi d’investimento ed operativi connaturati ai fotobioreattori, La ricerca in particolare si è indirizzata verso la produzione di amido da microalghe cresciute in condizioni di eterotrofia (anche su reflui agro-industriali), fornendo un’alternativa alle fonti vegetali alimentari attualmente utilizzate per l’estrazione di questo polimero. Su questa tematica il gruppo di ricerca di Teoria dello Sviluppo dei Processi Chimici ha in corso il progetto di ricerca Biopolymers from algae (finanziato da BioP srl).
Le attività del gruppo di ricerca sono riportate in articoli scientifici [11-13] e contributi a congressi [14-18]
evidenziando anche la collaborazione con ricercatori stranieri del Wageningen University Research (NL) [19].
BIOADSORBIMENTO: sviluppo di processi biotecnologici per la rimozione di metalli da soluzioni acquose.
Le attività riguardano lo sviluppo di biosistemi di abbattimento di metalli che utilizzano biomasse inattive (bioadsorbimento) in configurazioni reattoristiche convenzionali (letto fisso) e innovative (reattori a membrana).
L’attività, iniziata in collaborazione con i gruppi dell’Università dell’Aquila e della Politecnica delle Marche, è stata caratterizzata da un’impronta originale nella caratterizzazione e modellazione dei meccanismi che regolano la ripartizione all’equilibrio dei metalli fra matrici adsorbenti e soluzioni acquose [20-21]
esplicitamente evidenziate in capitoli su libri scritti su invito dalla Prof. Pagnanelli (Focus on Environmental Research, 2006; Microbial biosorption of metals 2011).
E-WASTE: sviluppo di processi idrometallurgici per il trattamento di rifiuti tecnologici.
Le attività di ricerca nell’ambito del trattamento di rifiuti tecnologici innovativi hanno riguardato lo sviluppo di processi idrometallurgici innovativi per il trattamento di pile, accumulatori e pannelli fotovoltaici a fine vita.
Le attività in questo settore hanno ottenuto differenti finanziamenti nazionali (Progetto ORIFO cofinanziato dal Ministero dell’ambiente) ed europei (Progetti Photolife www.photolifeproject.eu e LIFELIBAT www.lifelibat.eu cofinanziati nelle call LIFE) anche in collaborazione con gruppi di ricerca stranieri quali Mihailo Pupin Institute (RS), Austrian Society for Systems Engineering and Automation (AT) (Progetti Hydroweee e Hydroweee Demo http://cordis.europa.eu/result/rcn/158626_en.html cofinanziati nel FP7).
I processi sviluppati sono stati oggetto di numerosi brevetti nel campo del trattamento a fine vita di batterie di differenti tipologie, di pannelli fotovoltaici e di membrane per la separazione di idrogeno.
Alcuni esempi di pubblicazioni sotto elencate, mostrano che l’attività scientifica dei ricercatori di Chimica [22- 23] è stata svolta anche in collaborazione con ricercatori di Ingegneria Chimica della Sapienza [24], e con ricercatori stranieri del Technical University of Kosice (SK) [25-26].
Principali pubblicazioni degli ultimi 5 anni
1. Schiavi P.G., Altimari P., Rubino A., Pagnanelli F. (2017) Electrodeposition of cobalt nanowires into alumina templates generated by one-step anodization and complete removal of the barrier layer, Electrochim. Acta, 259, 711–722.
2. Altimari P., Pagnanelli F. (2016) Electrochemical nucleation and three-dimensional growth of metal nanoparticles under mixed kinetic-diffusion control: model development and validation, Electrochim. Acta, 206, 119-126
3. Altimari P., Pagnanelli F. (2016) Electrochemical nucleation and three-dimensional growth under mixed kinetic- diffusion control: analytical approximation of the current transient. Electrochim. Acta, 205, 113-117
4. Pagnanelli F., Schiavi P., Bellagamba M., Moscardini E., Granata G.,Toro L. (2015) Pulsed electrodeposition of cobalt nanoparticles on copper substrate: quantitative assessment of the effects of the operating parameters, Electrochim. Acta 155, 228-235.
5. Schiavi P.G., Altimari P., Zanoni R., Pagnanelli F. (2016) Morphology-controlled synthesis of cobalt nanostructures by facile electrodeposition: transition from hexagonal nanoplatelets to nanoflake, Electrochim.
Acta 220, 405–416
6. Pagnanelli F., Granata G., Moscardini E., Toro L. (2013) Synthesis of MnCO3 nanoparticles by microemulsions: quantitative evaluation of the effect of operating conditions on particle size distribution, Journal of nanoparticle research, 15, 1887-1898.
7. Granata G., Yamaoka T., Pagnanelli F., Fuwa A. (2016) Study of the synthesis of copper nanoparticles: the role of capping and kinetic towards control of particle size and stability, J.Nanoparticle Res. 18, 133-144.
8. Granata G., Pagnanelli F., Nishio-Hamane D., Sasaki T. (2015) Effect of surfactant/water ratio and reagents’ concentration on size distribution of manganese carbonate nanoparticles synthesized by microemulsion mediated route Applied Surf. Sci., 331, 463–471.
9. Abo Atia T., Altimari P., Moscardini E., Pettiti I., Toro L., Pagnanelli F. (2016) Synthesis and Characterization of Copper Ferrite Magnetic Nanoparticles for Heavy Metal Removal From Aqueous Solution. CET 47, 151-156.
10. Yenial U., Pagnanelli F., Bulut G. (2017) Calcium ferrite nanoparticle production from Mining Wastes: Marble Dust And Pyrite Ash. 1-3 November 2017, Antalya, Turkey, Proceedings of the XVII. Balkan Mineral Processing Congress, Edited by F. Arslan, A. A. Sirkeci, A.E. Yüce, G. Bulut, M.O. Kangal, K.T. Perek, F.
Burat, M. Özer, O. Güven, H. Baştürkcü, Ü. Yenial, Z. Yeşilyurt, E.Tanısalı, Y.E. Pural, ISBN: 978-975-7946- 42-7, page 587-595
11. Di Caprio F., Altimari P., Pagnanelli F. (2018, on line in 2017) Effect of Ca2+ concentration on Scenedesmus sp. growth in heterotrophic and photoautotrophic cultivation, New Biotechnol. 40 (Part B), 228-235
12. Di Caprio F., Altimari P., Pagnanelli F. (2015) Integrated biomass production and depuration of olive mills wastewater by cultivation of Scenedesmus sp. Algal Res. 9, 306–311
13. Pagnanelli F., Altimari P., Trabucco F., Toro L. (2014) Mixotrophic growth of Chlorella vulgaris and Nannochloropsis oculata: influence of glucose and nitrate concentration, J. Chem. Technol. Biotechnol. 89(5), 652–661
14. Visca A., Di Caprio F., Spinelli R., Altimari P., Cicci A., Iaquaniello G., Toro L., Pagnanelli F. (2017) Microalgae Cultivation for Lipids and Carbohydrates Production. Chemical Engineering Transactions 57, ISBN 978-88- 95608- 48-8; ISSN 2283-9216 DOI 10.3303/CET1757022
15. Di Caprio F., Visca A., Altimari P., Toro L., Barbara M., Iaquaniello G., Pagnanelli F. (2016) Two-stage process of microalgae cultivation for starch and carotenoid production, Chemical Engineering Transactions n° 49, 415- 420, ISBN978-88-95608-40-2; ISSN2283-9216
16. Di Caprio F., Altimari P., Toro L., Pagnanelli F. (2015) Effect of lipids and carbohydrates extraction on astaxanthin stability in Scenedesmus sp. CET, 43, 205-210. ISBN 978-88-95608-34-1; ISSN 2283-9216 17. Altimari P., Di Caprio F., Toro L., Capriotti A.L., Pagnanelli F. (2014) Hydrogen photo-production by mixotrophic
cultivation of chlamydomonas reinhardtii: Interaction between organic carbon and nitrogen Chemical Engineering Transactions 38, 199-204 DOI:10.3303/CET1438034, ISBN 978-88-95608-29-7; ISSN 2283-9216 18. Altimari, P., Pagnanelli, F., Toro, L. (2013) Application of structured population balance model for the numerical
simulation of a continuous photobioreactor Chemical Engineering Transactions 32, 1027-1032 ISBN 978-88- 95608-23-5; ISSN 1974-9791DOI:10.3303/CET1332172
19. Di Caprio F., Pagnanelli F., Wijffels R. H., Van der Veen D. (2018) Quantification of Acutodesmus obliquus (Chlorophyceae) cell size and lipid content heterogeneity at single cell level, J. Phycol. doi: 10.1111/jpy.12610 20. Di Caprio F., Altimari P., Uccelletti D., Pagnanelli F. (2014) Mechanistic modeling of copper and proton
interactions with wild type and engineered Saccharomyces cerevisiae biomasses Chem.Eng.J. 244, 561-568.
21. Pagnanelli F., Cruz Viggi C., Beolchini F., Grieco L., Vegliò F. and Toro L. (2014) Bioactive and passive mechanisms of pollutant removal in bioreduction processes in fixed bed columns: numerical simulations Environ. Progress Sustain. Energy 33 (1), 70-80.
22. F. Pagnanelli, E. Moscardini, P. Altimari, T. Abo Atia, L.. Toro 2017. Leaching of electrodic powders from lithium ion batteries: optimization of operating conditions and effect of physical pretreatment for waste fraction retrieval, Waste Manage., 60, 706-715
23. F. Pagnanelli, E. Moscardini, P. Altimari, T. Abo Atia, L. Toro (2016) Cobalt products from real waste fractions of end of life lithium ion batteries Waste management 51, 214- 221
24. Pagnanelli F., Moscardini E., Granata G., Cerbelli S., Agosta L., Fieramosca A., Toro L. (2014) Acid reducing leaching of cathode powders from spent lithium ion batteries: glucose oxidative pathways and particle area evolution Journal of Industrial and Engineering Chemistry) 20(5), 3201–3207.
25. F. Pagnanelli, E. Moscardini, G. Granata, T. Abo Atia, T. Havlik, L. Toro, 2017 (online 2016) Physical and chemical treatment of end of life panels: an integrated automatic approach viable for different photovoltaic technologies, Waste Management, 59, 422-431.
26. Granata G.,Pagnanelli F., Moscardini E., Havlik T., Toro L. (2014) Recycling of photovoltaic panels by physical operations. Solar Energy Materials & Solar Cells 123, 239-248.
