Adsorbitori a Zeoliti Sintetiche

Le zeoliti sono minerali di origine vulcanica o sedimentaria a struttura cristallina che, per la loro elevata capacità di adsorbire e deadsorbire l’acqua, vengono utilizzati spesso come deumidificanti. A partire dagli anni settanta, per rispondere alle esigenze industriali che richiedevano migliori materiali adsorbenti, è iniziata la produzione delle cosiddette zeoliti sintetiche, sostanze dotate di distinte proprietà specifiche appositamente individuate per la particolare applicazione in cui devono essere utilizzate.

La struttura di base delle zeoliti sintetiche è data da un cristallo costituito da tetraedri formati da atomi di alluminio o di silicio legati a quattro atomi di ossigeno. Questa macromolecola è estremamente stabile ed è caratterizzata dal possedere degli spazi di diametro uniforme la cui dimensione dipende dai tipi di atomi presenti e dal numero di elementi base legati tra loro.
Gli spazi formano un reticolo di pori e di canali interni occupati da ioni alcalini e da molecole d’acqua facilmente removibili perché legati da deboli forze elettrostatiche. In genere ogni poro è formato dall’insieme di 6, 8, 10 o 12 tetraedri, che formano diametri variabili tra 3 e 8 Angstrom (1 Angstrom è pari a 10^-10 metri). Quindi, al contrario dei carboni attivi che sono caratterizzati dall’avere un insieme di pori e canali di dimensioni diverse e che si restringono via via che si sviluppano in profondità, in questo caso vi sono dei pori di dimensioni ben definite. La cosa si rivela molto utile in quanto permette di operare con una certa selettività scegliendo di volta in volta la zeolite sintetica che presenta i pori delle dimensioni più adatte all’adsorbimento di un determinato composto chimico. Tanto per fare un esempio, se vi è la necessità di adsorbire solo l’ammoniaca (diametro di 2,6 Angstrom) si useranno le zeoliti con pori dati da 6 tetraedri (diametro di 2,8 Angstrom).
Se, al contrario, il sistema deve abbattere un insieme di inquinanti aerodispersi aventi dimensioni differenti, allora è opportuno utilizzare delle miscele di zeoliti diverse.

Rimuovendo dalla struttura cristallina gli atomi di alluminio e sostituendoli con atomi di silicio si sono ottenute delle zeoliti particolarmente idrofobiche in quanto l’alluminio ha la tendenza a caricarsi elettricamente e ad attirare per questo le molecole d’acqua.
In definitiva le zeoliti sintetiche sono in grado di abbattere i contaminanti anche in presenza di umidità, sono chimicamente inerti, sono ignifughe e sono resistenti alla maggior parte degli acidi. Tutte queste proprietà le rendono più adatte dei carboni attivi nell’abbattimento dei composti volatili presenti in bassa concentrazione o dei composti chimici caratterizzati da un’alta reattività od infiammabilità.

A causa del maggior costo rispetto ai carboni attivi, le zeoliti sintetiche vengono utilizzate esclusivamente negli impianti a rigenerazione, solitamente nei rotoconcentratori. Questi sistemi sfruttano la rotazione di un cilindro cavo di ceramica impregnato di zeolite che può essere definito una vera e propria ruota in movimento sul proprio asse. Il flusso d’aria contaminato viene fatto passare attraverso una grossa porzione di questa ruota che provvede così a depurare l’aria per adsorbimento. Dato che il cilindro è in movimento, la zona che è sottoposta al flusso varia continuamente e non viene mai saturata. La parte della ruota a maggiore saturazione (e non più a contatto col flusso d’aria contaminato) a causa della rotazione entra in un settore ermeticamente separato dove è sottoposta a rigenerazione mediante il flussaggio di aria calda o di un gas inerte.
Successivamente entra in un settore dove viene raffreddata e quindi, sempre a causa della rotazione, rientra nel compartimento di adsorbimento dei contaminanti.
Il flusso utilizzato per desorbire gli inquinanti è sempre molto ridotto, per cui all'uscita risulta carico di composti organici. Quasi sempre non è possibile o non conviene recuperare queste sostanze, per cui questa miscela viene condotta in un sistema di abbattimento a combustione che provvede ad eliminare i contaminanti tramite l’ossidazione.

Disegno schematico di un rotoconcentratore