Attrezzatura per l'assorbimento
Il metodo di assorbimento utilizza solventi a bassa-volatilità o non-volatili per assorbire i COV, separandoli successivamente in base alle differenze nelle proprietà fisiche dei COV e dell'assorbente.
Il gas carico di COV-entra nella torre di assorbimento dal fondo; salendo, entra in contatto-controcorrente con l'assorbente che scorre dalla sommità della torre. Il gas purificato viene quindi scaricato dalla sommità della torre. L'assorbente, ora carico di COV, passa attraverso uno scambiatore di calore prima di entrare nella parte superiore di una torre di strippaggio, dove il desorbimento avviene in condizioni di temperatura elevata (superiore alla temperatura di assorbimento) o pressione ridotta (inferiore alla pressione di assorbimento). L'assorbente desorbito viene condensato tramite un condensatore di solvente e restituito alla torre di assorbimento. Il gas COV desorbito passa attraverso un condensatore e un separatore gas-liquido, uscendo dalla torre di stripping come flusso di COV relativamente puro pronto per il recupero e il riutilizzo. Questo processo è particolarmente-adatto per purificare flussi di gas caratterizzati da elevate concentrazioni di COV e basse temperature; in altre circostanze, sono necessari opportuni aggiustamenti del processo.
Attrezzatura per l'adsorbimento
Quando una miscela fluida viene trattata utilizzando materiali solidi porosi, uno o più componenti all'interno del fluido possono essere catturati dalla-e concentrati sulla-superficie solida; questo fenomeno è noto come adsorbimento. Nel contesto del trattamento dei gas di scarico tramite adsorbimento, le sostanze target sono inquinanti gassosi, che costituiscono un processo di adsorbimento solido di gas-. I componenti gassosi che vengono adsorbiti sono chiamati *adsorbati*, mentre il materiale solido poroso è chiamato *adsorbente*.
Una volta che la superficie solida ha adsorbito l'adsorbato, una porzione del materiale adsorbito può successivamente staccarsi dalla superficie adsorbente; questo fenomeno è noto come desorbimento. Tuttavia, dopo che il processo di adsorbimento è proseguito per un certo periodo, l'accumulo di adsorbati sulla superficie fa sì che la capacità dell'adsorbente diminuisca significativamente, non soddisfacendo così i requisiti per una purificazione efficace. In questo frangente è necessario adottare specifici accorgimenti per desorbire il materiale accumulato dall'adsorbente, ripristinandone la capacità di adsorbimento; questo processo è denominato *rigenerazione dell'adsorbente*. Di conseguenza, nelle applicazioni pratiche di ingegneria dell'adsorbimento, viene utilizzato un processo ciclico-che comprende adsorbimento, rigenerazione e successivo adsorbimento-per rimuovere efficacemente gli inquinanti dai gas di scarico e contemporaneamente recuperare componenti preziosi contenuti nel flusso di gas.
Attrezzature di purificazione
I metodi basati sulla combustione- sono molto efficaci per il trattamento dei flussi di gas di scarico contenenti elevate concentrazioni di COV e composti maleodoranti. Il principio di base prevede l'utilizzo di un eccesso di aria per bruciare queste impurità; la maggior parte di queste sostanze vengono così convertite in anidride carbonica e vapore acqueo, che possono poi essere scaricate in sicurezza nell'atmosfera. Tuttavia, durante la lavorazione di composti organici contenenti cloro o zolfo, i prodotti della combustione includono HCl o SO2; di conseguenza i gas post-combustione necessitano di un ulteriore trattamento.
Attrezzature per il controllo dell'inquinamento
Un plasma è un gas allo stato ionizzato. Il termine "plasma" fu coniato dallo scienziato americano Irving Langmuir nel 1927 mentre studiava i fenomeni di scarica nei vapori di mercurio in condizioni di bassa-pressione. Un plasma è costituito da un vasto numero di elettroni, atomi neutri, atomi allo stato-eccitato, fotoni e radicali liberi; tuttavia, la carica negativa totale degli elettroni e la carica positiva totale degli ioni devono bilanciarsi, risultando in una neutralità elettrica complessiva-questa è la caratteristica distintiva di un "plasma". I plasma mostrano proprietà conduttive e rispondono ai campi elettromagnetici in modi che differiscono significativamente da quelli solidi, liquidi e gas; per questo motivo vengono spesso definiti il "quarto stato della materia". In base al loro stato, temperatura e densità ionica, i plasmi sono generalmente classificati in due categorie: plasmi ad alta-temperatura e plasmi a bassa-temperatura (inclusi plasmi termici e plasmi freddi). I plasmi ad alta-temperatura possiedono un grado di ionizzazione prossimo all'unità e le temperature di tutte le particelle costituenti sono quasi identiche, ponendo il sistema in uno stato di equilibrio termodinamico; questi sono utilizzati principalmente nella ricerca che coinvolge reazioni di fusione termonucleare controllata. I plasmi a bassa-temperatura, al contrario, esistono in uno stato di non-equilibrio termodinamico, in cui le temperature delle varie particelle costituenti differiscono. Nello specifico, la temperatura degli elettroni (Te) è significativamente più alta della temperatura degli ioni (Ti)-spesso supera i 10^4 K-mentre le temperature degli ioni e delle particelle neutre possono rimanere relativamente basse, comprese tra 300 e 500 K. I plasmi generati tramite processi generali di scarica di gas rientrano nella categoria dei plasmi a bassa-temperatura.
A partire dal 2013, la ricerca sui meccanismi alla base dei plasmi a bassa-temperatura suggerisce che i loro effetti sono principalmente il risultato di collisioni anelastiche tra particelle. I plasmi a bassa-temperatura sono ricchi di elettroni, ioni, radicali liberi e molecole allo stato-eccitato. Gli elettroni ad alta-energia si scontrano con le molecole del gas (o atomi), trasferendo la loro energia cinetica nell'energia interna delle molecole dello-stato fondamentale (o atomi); questo processo innesca una cascata di reazioni-tra cui eccitazione, dissociazione e ionizzazione-portando così le molecole in uno stato attivato. Da un lato, questo processo scinde i legami molecolari all’interno del gas, generando molecole più semplici e particelle solide; d'altro canto, produce radicali liberi-come •OH e H2O2-così come ozono (O3), un agente ossidante molto potente. In tutto questo processo, gli elettroni ad alta-energia svolgono il ruolo decisivo, mentre il movimento termico degli ioni contribuisce solo come effetto secondario o ausiliario. Sotto la pressione atmosferica, il plasma altamente non-in equilibrio generato dalla scarica di gas presenta una temperatura degli elettroni-tipicamente nell'intervallo di diverse migliaia di gradi Celsius-che è molto più alta della temperatura del gas (che rimane vicino alla temperatura ambiente, o intorno ai 100 gradi). All'interno di questo plasma non in equilibrio possono verificarsi vari tipi di reazioni chimiche; queste reazioni sono determinate principalmente da fattori quali l'energia media degli elettroni, la densità elettronica, la temperatura del gas, la concentrazione di molecole di gas pericolose e la composizione complessiva del gas. Questa funzionalità offre una valida alternativa per facilitare reazioni che richiedono elevate energie di attivazione-come la rimozione di inquinanti persistenti nell'atmosfera-e consente inoltre il trattamento di flussi di gas caratterizzati da basse concentrazioni di inquinanti, elevate velocità di flusso e grandi portate volumetriche (ad esempio, flussi contenenti composti organici volatili o inquinanti contenenti zolfo).
Il metodo più comune per generare plasma è la scarica di gas. La scarica di gas si riferisce a un processo in cui un meccanismo specifico fa sì che un elettrone venga ionizzato-staccato-da un atomo o una molecola di gas. Il mezzo gassoso risultante è denominato "gas ionizzato"; se questo gas ionizzato viene generato da un campo elettrico esterno e sostiene una corrente conduttiva, il fenomeno viene chiamato specificamente "scarica di gas". In base al meccanismo di scarica sottostante, alla natura del mezzo gassoso e della fonte di energia, nonché alla geometria degli elettrodi, i plasmi a scarica di gas sono generalmente classificati nelle seguenti categorie: ① Scarica a bagliore; ② Scarica della barriera dielettrica (DBD); ③ Scarica di radio-frequenza (RF); e ④ Scarica a microonde. Indipendentemente dalla forma specifica di generazione del plasma impiegata, è sempre necessaria una scarica ad alta-tensione. Questo requisito crea un potenziale rischio di archi elettrici o scintille, che possono essere pericolosi-una preoccupazione significativa dato che la bonifica degli inquinanti gassosi in genere richiede il funzionamento a pressione atmosferica.
Attrezzature per fotocatalisi e biopurificazione
La fotocatalisi è una tecnologia di reazione avanzata progettata per il funzionamento a temperatura ambiente. L'ossidazione fotocatalitica consente la conversione completa degli inquinanti organici presenti nell'acqua, nell'aria e nel suolo in prodotti non-tossici e innocui a temperatura ambiente. Al contrario, le tradizionali tecnologie di incenerimento ad alta-temperatura richiedono temperature estremamente elevate per distruggere efficacemente gli inquinanti; anche i metodi convenzionali di ossidazione catalitica richiedono tipicamente temperature che raggiungono diverse centinaia di gradi Celsius.
Teoricamente, a condizione che l'energia luminosa assorbita da un semiconduttore sia uguale o maggiore dell'energia del suo gap di banda, possiede energia sufficiente per eccitare e generare coppie di elettroni-lacuna; di conseguenza, un tale semiconduttore può potenzialmente fungere da fotocatalizzatore. Esempi comuni di fotocatalizzatori a composto singolo- includono vari ossidi e solfuri metallici-come TiO₂, ZnO, ZnS, CdS e PbS. Ciascuno di questi catalizzatori offre vantaggi distinti per reazioni specifiche e può essere selezionato secondo necessità nella ricerca pratica. Ad esempio, il semiconduttore CdS possiede un'energia di band gap relativamente stretta, che si allinea bene con la regione del vicino-ultravioletto dello spettro solare, consentendo così un utilizzo efficiente dell'energia luminosa naturale; tuttavia, è suscettibile alla fotocorrosione, con conseguente durata di servizio limitata. Al contrario, il TiO2 mostra prestazioni complessive superiori e si pone come il fotocatalizzatore a composto singolo più ampiamente utilizzato e ampiamente studiato.
