United States
Environmental Protection
Agency
Office of Air Quality
Planning and Standards
Research Triangle Park, NC 27711
EPA 456/F-99-003
May 1999
Air
EPA
BOLETINTECNICO
ZEOLITA
UN ADSORBENTE VERSATIL
DE CONTAMINANTES DEL AIRE
C LEAN
A IR
T ECHNOLOGY
C ENTER
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EPA-456/F-99-003
Mayo 1999
ZEOLITA
UN ADSORBENTE VERSATIL
DE CONTAMINANTES DEL AIRE
Preparado por
Clean Air Technology Center (MD-12)
Information Transfer and Program Integration Division
Office of Air Quality Planning and Standards
U.S. Environmental Protection Agency
Research Triangle Park, North Carolina 27711
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ACLARACION
Este reporte ha sido revisado por la Information Transfer and Program Integration
Division de la Office of Air Quality Planning and Standards, U.S. Environmental Protection
Agency y aprobado para su publication. La aprobacion no significa que el contenido de este
reporte refleje los puntos de vista y las politicas de la U.S. Environmental Protection Agency. La
mention de nombres comerciales o de productos comerciales no significa un endoso ni
recomendacion para su uso. Se pueden conseguir copias de este reporte del National Technical
Information Service,
U.S. Department of Commerce, 5285 Port Royal Road, Springfield, Virginia 22161, numero
telefonico (800) 553-6847.
in
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ANTECEDENTES
El Clean Air Technology Center (CATC) [Centre para la Tecnologia del Aire Limpio]
sirve como un recurso en todas las areas de tecnologias existentes y emergentes para la
prevention y el control de contaminantes del aire, y provee acceso publico a los datos y a la
information sobre su uso, efectividad, y costo. Ademas, el CATC proporciona apoyo tecnico,
incluyendo acceso a las bases de conocimientos que mantienen \aEPA, las agendas
gubernamentales y otros, segiin lo permitan los recursos disponibles, relacionadas con la
operation, mantencion y factibilidad tecnica y economica, y de estas tecnologias.
Acceso Publico y Transferencia de Informacion
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Comunicaciones
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Recursos de Datos
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Buscar, ver, y bajar a disco datos que tienen que ver con:
- Source Specific Technology Applications
(Aplicaciones Tecnologicas para Fuentes Especificas)
- Air Pollution Regulatory Requirements
(Requerimientos Regulatorios para Contaminantes del Aire)
PRODUCTOS DEL CATC
Bajar a disco reportes tecnicos, information de costos y programas.
Programas y Centros Relacionados
• CICA - Centre de Informacion sobre Contamination del Aire
• SBAP - Small Business Assistance Program
• International Technology Transfer Center for Global Greenhouse Gasses
iv
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RECONOCIMIENTOS
Este boletin tecnico se hizo posible por los esfuerzos diligentes y persistentes del Ing.
Lyndon Cox, Senior Environmental Employee del Clean Air Technology Center (CATC).
Lyndon hizo un trabajo excepcional en la identification de fuentes de information, en la
recoleccion de datos relevantes y la elaboration de este boletin. El CATC agradece la ayuda de los
correctores del borrador la Sra. Madeleine Strum del Coating and Consumer Products Group,
Emission Standards Division, Office of Air Quality Planning and Standards, y el Ing. Chester A.
Vogel del Emissions Characterization and Prevention Branch, Air Pollution Prevention and
Control Division, National Risk Management Research Laboratory por su cooperation y sus
comentarios utiles y oportunos.
Ademas, el CATC quisiera agradecer a los individuos, compafiias e institutes que proporcionaron
information de la zeolita y la tecnologia de adsorption que se incorporo en este Boletin Tecnico.
En la section de REFERENCIAS de este boletin se enlistan tales contibuciones..
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CONTENIDO
TEMA Pagina
PROPOSITOSDEESTEDOCUMENTO 1
^QUEESLAZEOLITA? 1
^PORQUESINTETIZAMOSLAZEOLITA? 2
^CUALES SON LAS CARACTERISTIC AS IMPORT ANTES DE LA ZEOLIT A? 3
^,COMO SE PUEDE UTILIZAR LA ZEOLITA PARA CONTROLAR LOS
CONTAMINANTESDELAIRE? 4
^,TIENE LA ZEOLITA UN USO FUERA DEL CAMPO DE
CONTROL DE CONTAMINANTESDELAIRE? 6
^QUEDEBERIAMOSESPERARENELFUTURO? 8
^,QUEMAS NECESITAMOS SABER? 10
REFERENCIAS 10
FIGURAS
1. EstructuraenYdelCristaldeZeolita 3
2.ConcentradordeCOV 5
3. AdsorbedorporRegeneration al Vacio 9
4. Separation en Cascadaal Vacio 9
VI
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ESTA PAGINA SE DEJA INTENCIONALMENTE EN BLANCO
vn
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LA ZEOLITA, UN ADSORBENTE VERSATIL 8 de Julio, 1998
DE CONTAMINANTES DEL AIRE
PROPOSITOS DE ESTE DOCUMENTO
Los propositos de este documento son que usted se familiarice con: 1) la zeolita, 2) lo que puede
contribuir al control de los contaminantes del aire - particularmente el control de los Compuestos
Organicos Volatiles (COV) - y 3) lo que se puede esperar en el future.
iQUE ES LA ZEOLITA?
La Zeolita es una roca compuesta de aluminio, silicio, y oxigeno. Se halla en una variedad de
regiones del mundo donde la actividad volcanica prehistorica occurio cerca del agua, o donde el
agua ha estado presente por milenios desde las erupciones. En 1756, el mineralogista sueco
Baron Axel Fredrick Cronstedt descubrio la zeolita. Se relata que su perro saco la piedra
mientras escarbaba, y el mineralogista la llamo zeolita debido a que significa "perro" en sueco. En
otro relate, se dice que descubrio que cuando la zeolita (la cual era realmente Stilbite) se
calentaba, emitia vapor. Zeolita significa "piedra hirviente" en griego. Como no se sueco ni
griego, tendran que juzgar por su cuenta cual de estas historias son ciertas. Sabemos a ciencia
cierta que la zeolita fue descubierta.
La zeolita tiene una porosidad natural debido a que tiene una estructura cristalina con ventanas,
jaulas, y superjaulas. Las zeolitas naturales tienen ventanas de tamafio limitado ("tamafio de
poro") y todas son hidrofilicas (tienen afmidad por el agua). Algunas zeolitas sinteticas se
parecen al carbon absorbente, dado que ambas pueden considerarse hidrofobicas (tienen afmidad
por los compuestos organicos, con poca o ninguna afmidad por el agua), y pueden adsorber
vapores organicos con moleculas de tamafio mas pequefio que el de sus poros. Tanto el carbon
como la zeolita pueden adsorber agua y moleculas organicas; sin embargo, aquello por lo que
tenga mayor afmidad, desplazara las demas moleculas. La zeolita tiene un "tamafio de poro"
uniforme, lo cual hace que se le denomine como un "tamiz molecular", mientras parece que los
carbones tienen poros que se comunican con poros mas pequefios que a su vez se comunican con
poros todavia mas pequefios adinfmitum.
"El carbon absorbente", el cual es en realidad un adsorbente, tambien tiene afmidad por el agua en
algunos sitios, lo que disminuye su capacidad para adsorber las moleculas organicas de las
corrientes que contienen moleculas de agua. Esto puede ser cierto o no en el caso de la zeolita,
dependiendo del tipo de zeolita que se seleccione. Generalmente, entre mayor sea la razon de
silicio y aluminio, mas hidrofobica es la zeolita. Las zeolitas hidrofobicas tiene que ser
sintetizadas, ya que no se encuentran en la naturaleza. jPor lo cual, la carrera para sintetizar
zeolitas con caracteristicas especificas ha comenzado!
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QUE SINTETIZAMOS LA ZEOLITA?
La sintesis es importante debido a que permite a los cientificos e ingenieros (1) predecir las
propiedades de la zeolita, (2) producir una zeolita con un "tamafio de poro" mas grande, y (3)
producir zeolita hidrofobica. Los intentos iniciales para sintetizar la zeolita simularon las
condiclones volcanicas. Finalmente en 1949 se sintetizo la zeolita hidrofilica bajo condiclones
hidrotermicas (por ejemplo, a menos de 100 °C) por los quimicos Milton, Breck, y otros
investigadores. En 1985, los investigadores Bibby y Dale reportaron la sintesis de una zeolita de
silice pura. Otros investigadores han sintetizado una gran variedad de zeolitas hidrofilicas e
hidrofobicas.
Al sustituir otros elementos por aluminio o silica durante la sintesis, se han producido estructuras
cristalinas como las de la zeolita, pero la zeolita de la que vamos a hablar aqui es un alumino-
silicato puro.
Se han descubierto 40 zeolitas naturales; el Comite de Estructura de la Asociacion Internacional
de Zeolita ha catalogado 118 zeolitas; mas de 600 zeolitas han sido identificadas, y si se
incluyeran las estructuras cristalinas similares a las de las zeolitas (pero que utilizan otros
elementos), el numero aumentaria diariamente. Ninguna zeolita es exactamente igual a otra.
La estructura de un cristal de zeolita se basa en un tetrahedro que esta formado por cuatro
atomos de oxigeno enlazados con un atomo de silicio por medio de sus cuatro electrones de
Valencia. Estos tetrahedros se conectan en las "esquinas"de los oxigenos para formar los cristales.
Cuando el aluminio esta presente durante la formation de los cristales, se sustituye el silicio por
los atomos de aluminio, el cual tiene solamente tres electrones de Valencia. El electron de Valencia
que falta es proporcionado generalmente por un atomo de hidrogeno o de sodio debido a que
estos elementos se encuentran tipicamente en el agua hidratante. Esto distorciona el tetrahedro y
hace un "sitio acido" para el intercambio de otros iones. Esto ademas hace que la estructura sea
hidrofilica. Si la zeolita se forma en una mezcla que contenga un cation organico (por ejemplo, un
cation que tenga un nucleo de carbon), la estructura se puede formar alrededor del cation
organico, utilizandolo como patron. Esto a dado lugar a zeolitas hidrofilicas ricas en silicio con un
"tamafio de poro" (o tamafio de ventana) lo suficientemente grande como para dejar pasar todo
salvo las moleculas de petroleo que son mas grandes.
La estructura cristalina de una zeolita consiste de ventanas, jaulas, y superjaulas. Es por las
ventanas que las moleculas llegan a las jaulas y superjaulas para ser adsorbidas o catalizadas. Las
jaulas son las celdas mas pequefias en la estructura cristalina. Las superjaulas son las celdas
dentro de la estructura cristalina que son mas grandes que las jaulas y pueden incluso contener
jaulas. La Figura 1 muestra la estructura de la zeolita Y cuando se le ve con luz roja.
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l light
Figura 1 — Estructura en Y del Cristal de Zeolita - Mostrando Ventanas, Jaulas, y Superjaulas.
Reimpresa con permiso de CHEMTECH, Junio de 1996, 26(6), pp 24-30. Derecho de copias
1996, American Chemical Society (Sociedad Quimica Americana).
Red light = luz roja
La activation de una zeolita consiste en el calentamiento o evacuation de la zeolita para desorber
el agua hidratante u otro material del area de adsorption, tal como se hace con el carbon.
El costo de las zeolitas hidrofobicas varia de $6,50 a $40,00 dolares por libra, segun la
Corporation PQ (PQ Corporation). Comparese con el costo de $1,40 a $2,00 por libra para
adsorbentes de carbon, segun Calgon Carbon. Generalmente, se necesita un minimo de una
tonelada de zeolita para concentrar los COVs, y esta cantidad puede tratar un flujo de hasta 8,000
pies cubicos por minuto (cfm). Sin embargo, el costo del carbon o la zeolita es solamente una
pequefia parte del costo global de un adsorbente o concentrador.
^CUALES SON LAS CARACTERISTICAS IMPORTANTES DE LA ZEOLITA?
1. La zeolita es capaz del intercambio selective de iones.
2. La zeolita puede adsorber moleculas en su gran area interna, siempre que puedan pasar por las
ventanas. La zeolita y el carbon son iguales en este aspecto, y se diferencian solamente en el area
de adsorption a la que puede tener acceso una molecula dada que pase por sus "poros.
3. La zeolita puede ser un catalizador acido solido. Puede funcionar como un acido fuerte (auque
se mantine como un solido) cuando la hidratacion ha sustituido un hidrogeno, por un electron de
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Valencia adicional, o un intercambio isoelectronico con el aluminio.
4. Se puede usar la zeolita como un tamiz molecular debido a que tiene un tamafio de ventana (o
poro) uniforme.
5. La zeolita es metaestable; quiere decir, es estable siempre que se mantenga a una temperatura y
a un pH adequados. Dentro de este rango, no se ve afectada por oscilaciones grandes de
temperatura, presion, o radiation ionizante.
La zeolita natural existe como una roca natural, y puede alcanzar el tamafio de una roca grande.
Sin embargo, los cristales de zeolita sintetizada siempre miden menos de un milimetro — esto es
debido a que estos cristales crecen muy lentamente. Estos pequefios granos pueden transportar
rapidamente la molecula adsorbida al area de adsorption. El flujo de aire por el lecho de zeolita
en polvo crea una gran perdida de presion. Se han desarrollado zeolitas granulares en las cuales
los granos se adhieren entre si para crear canales mas grandes, y como resultado hay menos
resistencia al flujo de aire.
SE PUEDE UTILIZAR LA ZEOLITA PARA CONTROLAR LOS
CONTAMINANTES DEL AIRE?
Se pueden elaborar las zeolitas hidrofobicas por medio de: controlar la proportion de silicio a
aluminio, "dealuminizando" la zeolita. Los diferentes tipos de zeolita tienen ventanas de 0.3 a 3.0
nanometres (3 a 30 Angstroms), pero cualquier tipo especifico tiene su propio tamafio de ventana
nominal. Un cambio en la relation Si/Al puede afectar el tamafio de ventana. Un intercambio de
iones puede tambien afectar el tamafio de ventana.
Actualmente se utiliza la zeolita hidrofobica para concentrar los COV antes de destruirlos. Estos
concentradores se muestran esquematicamente en la Figura 2. En esencia son adsorbedores de
oscilaciones de temperatura (temperature swings) con el lecho montado en un rotor, el cual se
regenera con cada rotation (de dos a cinco veces por hora). El flujo aire-vapor del disefio de un
vendedor es axial por los sectores en el rotor. El disefio de otro vendedor dirige el flujo aire-
vapor radialmente hacia adentro por segmentos ubicados a lo largo del exterior del rotor.
El costo y tamafio de un incinerador estan relacionados al flujo de aire, y el flujo de aire del
concentrador al incinerador se reduce aproximadamente en 90%. Los ahorros mayores vienen de
la reduction del flujo de aire que pasa por el incinerador, lo cual reduce la cantidad de
combustible que se necesita para subir la temperatura del flujo de aire.
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rotacipn
vapor de entrada " ajre de sa|jda
adsorbedor
aire de purga
calor
incinerador
Figura 2. Concentrador de COV
Debido a esto, la concentration de los COV tambien se incrementa por un factor de
aproximadamente diez, al igual que el "valor de calentamiento" (heating value) de los COV. De
esta manera, el concentrador se utiliza para reducir el tamafio y costo del incinerador que se usa
para destruir los COV, y para reducir la cantidad de combustible que debe agregarse para obtener
con seguridad la eficiencia destructiva completa del incinerador.
Por seguridad, el nivel de COV una vez concentrado, debe mantenerse por debajo de la cuarta
parte del Limite Inferior de Explosividad (LIE); por lo tanto, la concentration a la entrada al
concentrador no debe ser mayor a aproximadamente 500 partes por millon (ppm). Tipicamente,
la concentration a la entrada es solamente de unos cuantos cientos de ppm. Tomando esto en
cuenta, se deberia utilizar el concentrador para concentraciones de COV entre los niveles que son
economicos para el adsorbedor de lecho fijo y el condensador
Si se utiliza un incinerador con tales niveles de COV sin concentrarse el COV, debe agregarse
mucho combustible debido a que el valor de calentamiento del COV es muy bajo antes de
concentrarse. Por medio de la concentration del COV, el valor de calentamiento se incrementa y
menos combustible debe afiadirse. El costo global de la destruction del COV es de $1.000 a
$3.000 dolares por tonelada, segunMunters ZEOL. Los costos mas altos pertenecen a las
concentraciones mas diluidas.
Las zeolitas hidrofobicas pueden ser muy eficientes para adsorber y desorber COV, como se
muestra en el informe "Sorption and Diffusion of VOC on Hydrophobia Zeolites " Paper 83f,
1996 Annual Meeting, American Institute of Chemical Engineers" Las zeolitas se pueden
utilizar con un rango de temperatura mas grande que el del carbon, y son superiores a este como
adsorbente.
Cuando estan frios, los motores que usan gasolina emiten COVs en sus gases de escape. La
zeolita hidrofobica es utilizada en los convertidores cataliticos para adsorber estos COV. Cuando
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el motor se calienta y los gases calientes desorben los COV de la zeolita, la zeolita hace entonces
el papel de catalizador para la oxidation de los COV. La zeolita no se altera por los 1.000 F de
temperatura que alcanzan los gases de escape.
Los motores diesel tienen un problema enteramente diferente. Emiten oxidos de nitrogeno (NOX)
los cuales pueden ser reducidos cataliticamente a nitrogeno y oxigeno (como en el aire limpio) por
medio de una zeolita con intercambio de cerio que utiliza urea o amoniaco como agente reductor.
La separation de bioxido de carbono de los gases de escape fue investigado en Corea (Industrial
Engineering Chemical Research, 1995, 34, pp. 591-598). Los autores descubrieron que la
zeolita 13X era superior a un "carbon absorbente" en un sistema "con oscilaciones de presion"
(pressure swing). Puesto que el bioxido de carbono es un gas de invernadero que se asocia con el
calentamiento global de la Tierra, esto puede ser muy importante para reducir tales emisiones.
Otra zeolita denominada Chabazite, ha sido utilizada como un tamiz molecular para remover
bioxido de azufre de los gases de escape. Los oxidos de azufre tambien son producto del
procesamiento de algunos minerales. Los oxidos de azufre son constituyentes de la lluvia acida.
La reduction de tales emisiones podria tener un efecto profundamente beneficioso sobre el medio
ambiente.
La zeolita natural Clintoptilolite puede remover amoniaco de aguas residuales. Se ha utilizado
para controlar el amoniaco de la orina en camas para gatos (kitty litter) y en los establos de
caballos. Se utiliza ademas para adsorber los COV que causa malos olores por humedad y
hongos, y en alfombras. Se regenera con la luz del sol y el aire limpio. Hay que destacar que la
zeolita se puede utilizar tambien para catalizar la oxidation de hidrocarburos en la presencia de
luz. Sin embargo, puede ser muy selectiva en estas reacciones segun CHEMTECH, 1996, 26(6),
24-30 American Chemical Society.
^TIENE LA ZEOLITA UN USO FUERA DEL CAMPO DE CONTROL DE
CONTAMINANTES DEL AIRE?
En una sola palabra, SI. En el tratamiento de desechos radiactivos, la zeolita se utiliza para
remover el cesio y el estroncio radiactivos de las aguas residuales. Como la zeolita es
impermeable hasta a niveles altos de radiation, se usa para intercambiar y atrapar estos iones. Es
capaz de remover estroncio radiactivo a una concentration de 1 microgramo por litro mientras el
sodio este presente a 150.000 veces esta concentration. En esta aplicacion la zeolita esta en
forma de polvo o del tamafio de granos de arena, la cual es entonces agregada al concrete como
relleno. El concrete a su vez se deposita en tambores para su disposition. Se considera que este
metodo de disposition es impermeable a la lixiviacion de agua salada, y por tanto se pueden
disponer los desechos radiactivos en un confmamiento o en el fondo del oceano.
La zeolita se ha utilizado para suavizar agua. Cuando se pasa agua dura por un lecho de zeolita,
se intercambian los iones del calcio y magnesio, evitando que formen jabones insolubles que se
ven como "residues de jabon." La zeolita puede regenerarse pasando agua salada a traves de ella.
Los cloruros de los iones intercambiados son solubles en el agua y por tanto su disposition es
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facil. Debido a que el agua acidica cruda ataca a las zeolitas naturales, ahora se utiliza materiales
mas resistentes, aunque por decadas se uso la zeolita hidrofilica.
Los constituyentes base de los detergentes, tambien suavizan el agua, aunque no sufren tal ataque
debido a que se utilizan solamente una vez. La zeolita se utiliza como "constructor" y reemplaza
la mayor parte del tripolifosfato de sodio, el cual fue muy utilizado anteriormente y que resulto ser
nocivo al medio ambiente. Aqui tambien la zeolita remueve los iones de calcio y magnesio del
agua. Setecientos millones de toneladas de zeolita por afio se utilizan de esta manera. La zeolita
pulverizada no tiene efectos nocivos en el medio ambiente salvo el de ser un polvo molesto de vez
en cuando.
El uso de catalizadores de zeolita en el "craqueo catalitico" (catalytic cracking) en las refinerias
de petroleo dependio del descubrimiento de una zeolita con ventanas grandes que fuera
hidrofobica. Los investigadores Charles J. Plank y Edward J. Rosinski inventaron tal zeolita y su
sintesis. Los catalizadores de zeolita ahora reducen nuestro consumo de petroleo importado por
$8 a $16 mil millones de dolares por afio. Hay que agregar a estos ahorros la reduction en las
emisiones de bioxido de carbono de las reducciones en la demanda energetica de las refinerias.
Investigadores de la University of the West Indies estan investigando utilizar la zeolita para
producir gasolina a partir de etanol. Nueva Zelandia ya utiliza la zeolita como catalizadora para
producir un gran porcentaje de su combustible para autos a partir de metanol, debido a que no
cuenta con reservas de petroleo.
La zeolita se utiliza para secar aire comprimido. Funciona como desecante para adsorber
humedad. Puede retener hasta una cuarta parte de su peso en agua sin un incremento significativo
en la presion de vapor.
La zeolita tambien se utiliza en los refrigeradores para resecar el refrigerante. Esto previene la
formation de cristales de hielo que pudieran obstruir el flujo y las valvulas.
Los fertilizantes de lento desprendimiento utilizan la zeolita para controlar su emision al suelo.
Las bacterias en el suelo convierten la urea a amoniaco. La Clintoptilolite adsorbe el amoniaco, y
previene que las bacterias del suelo lo conviertan a nitrato. La lixivacion subsiguiente del
amoniaco permite que esta nitrification ocurra a lo largo de un periodo de meses. De otro modo,
los nitratos acumulados se enjuagarian del suelo y contaminarian tanto las aguas
subterraneas como las superficiales.
La zeolita se utiliza para separar el nitrogeno del oxigeno del aire. La leve diferencia en tamafio
entre una molecula de nitrogeno y una molecula de oxigeno, junto con la polarization y una
zeolita adecuada, permite que el oxigeno pueda ser adsorbido selectivamente del aire. Se deja
escapar el nitrogeno, para despues desorber el oxigeno. Esta tecnica se usa para generar oxigeno
para las tripulaciones de aviones, procesos industriales y en los acuarios.
Se han sintetizado las zeolitas en forma de membrana, lo cual permite su uso como tamices
moleculares. Los tamices moleculares dejan pasar las moleculas para las cuales tienen afmidad, y
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que son mas pequefias que su tamafio de poro (ventana). Se esta utilizando esta propiedad para
los transductores quimicos en las mezclas donde las especies moleculares sean conocidas. Si una
molecula de diametro conocido pasa por el transductor y causa una respuesta del mismo, la
respuesta puede ser calibrada a la concentration de la especie molecular conocida. Asi, tenemos
ahora transductores que detectan la concentacion quimica sin necesidad de una reaction quimica.
Similarmente, la Universidad de Greenwich en Londres, Inglaterra ha desarrollado una zeolita que
se utiliza como un tamiz molecular que deja pasar las moleculas de agua - pero no permite el
paso de COV. Esta es una zeolita hidrofilica, la cual se halla en forma de una membrana delgada
que debe dejar que las moleculas de agua se adsorba/desorba y de este modo pasar por la
membrana. Se puede producir esta zeolita con un tamafio de poro de 0,42 nanometres. Se la
utiliza como tamiz molecular para remover el agua de la muestra sin ninguna perdida de COV.
iQUE DEBERIAMOS ESPERAR EN EL FUTURO?
Ahora que se puede formar la zeolita en granos que permiten el libre flujo de aire, veremos que la
zeolita reemplaza al carbon en los adsorbedores de lecho fijo en los EEUU. Esto ya ha ocurrido
en Europa. Hay una razon para que esto ocurra. El carbon (o los metales en o sobre el) catalizan
la oxidation de COV, y esto ha provocado incendios en los lechos de carbon. Esto no pasaria
necesariamente en un lecho de zeolita, y aunque ocurriera un incendio en el lecho, solamente el
COV se quemaria. La zeolita tambien tiene un isotermo de adsorcion no-lineal, lo cual
incrementa la adsorcion a bajas concentraciones de COV. Esto permite eficiencias de remocion
de 99% para la zeolita mientras que el carbon tendria una eficiencia de 95%. El carbon tiene la
ventaja en eficiencia solamente a las concentraciones mas altas. Ademas la zeolita se regenera
mas completamente que el carbon.
La catalisis ocurre cuando un monomero, como el estireno, se adsorbe por el carbon y luego se
desorbe por medio de vapor. Esto deja un "talon" de monomero polimerizado en el carbon en un
sistema de oscilaciones termicas (thermal swing) regenerado por vapor. El uso de un lecho de
zeolita regenerado por vacio (vease la Figura 3) podria extender la vida util del lecho, recuperar el
estireno y tal vez hacer que el uso de la zeolita sea economicamente atractivo.
Cuando se utilice la zeolita comunmente en los adsorbedores de lecho fijo en los EEUU, podemos
esperar que se utilice la adsorption selectiva basada en el diametro molecular. Esto se haria
posible por adsorbedores en cascada de diferentes zeolitas, como se muestra en la Figura 4. Cada
adsorbedor en esta cascada adsorberia un rango de diametros moleculares. Al seleccionar la
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vapor de entrada
—*~ adsorbedor^.
aire de salida
gas de purga
bomba de vacio—COV
adsorbedor
Figura 3. Adsorbedor por Regeneration al Vacio
zeolita basandose en el tipo y tamafio de poro, cada COV se puede recuperar con una pureza al
menos comparable a la de grado comercial - si tan solo se recupera un COV por cascada en el
absorbedor. Asi, el COV recuperado podria servir para recuperar la inversion y ayudar a pagar el
costo de operation del sistema de adsorption. Sabemos que algunos COV son transformados a
otros isomeros por la action catalitica de algunas zeolitas. Si este es el caso con su COV,
entonces la planta puede vender el isomero, o utilizar el nuevo isomero en vez del anterior, o
cambiar el tipo de zeolita que se utiliza.
vapor de entrada
adsorbedor 1
adsorbedor 2
aire de salida
adsorbedor 3
entrada de gas de purga
bomba
de vacio
artefacto de recuperacion de COV
Figura 4. Separation en Cascada al Vacio
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iQUE MAS NECESITAMOS SABER?
Necesitamos saber (1) cual es el tamafio de ventana efectivo para las diferentes zeolitas con
diferentes atomos de intercambio, y (2) cual es el diametro molecular efectivo para cada COV.
Con este conocimiento, podemos enlistar los COV que pueden pasar por las ventanas y alcanzar
el area de adsorcion. Debemos saber tambien la temperatura y presion criticas para la reaction
catalitica para cada COV con cada zeolita (asi como para los tipos de carbon). La temperatura y
presion criticas podrian ser curvas, con un valor para la polimerizacion, y otro para la oxidation.
Con el uso de estos tipos de informacion, podemos disefiar el sistema de adsorcion para evitar o
utilizar estas reacciones.
Algunos de estos datos ya estan disponibles en el Internet y en las bibliotecas. Sin embargo,
frequentemente estos datos no se encuentran en una forma util para las personas que disefian tales
sistemas. Por ejemplo, los tamafios cristalograficos de poros disponibles son actualmente
diferentes del tamafio efectivo de poro para las moleculas de COV. Esta informacion debe ser
difundida mas apliamente en una forma adequada para el uso de los ingenieros.
REFERENCIAS:
Este documento se basa en la informacion de las siguientes fuentes:
(Se presenta la direction de Internet donde se puede obtener el documento.)
Chemistry Department, University of Manchester Institute of Science and Technology,
Manchester, England, UK
trigger, ch. umist. ac. uk:808/zeolite/web/allchaps. htm
Department of Chemical Engineering, Worcester Polytechnic Institute, Worcester. MA
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Moulinex Marketing, Mumbai, India
www. bjmoulinex. com/mol. htm
Philip Schmidt and David Price, Center for Energy Studies, University of Texas, Austin, TX
www.me. utexas. edu/~prep/mwr. html
California Institute of Technology, Dr. Mark Davis
www. aiche. org/docs/chapterone/zeolites. htm
University of Illinois at Chicago
www 2. uic. edi/~rpeddi3/zeolites/zeolites.html
Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, Minneapolis, MN
www. cems. edu/-zeolites/
10
-------
Zeolyst International
zeolyst. com/faq. html
Technical Transfer Information Partnerships, U. S. Geological Survey
www.usgs.gov/tech-transfer/factsheets/94-066b. html
Laboratorie for Kristallographie ETH, Zurich, Switzerland
kristall.erdw.ethz.ch/research/zeolite group
Research Foundation of State University of New York
imr. chem. binghamton. edu/labs/zeolite.html
Axel Brunger's Research Group, Yale University, Hew Haven, CT
www -iza-sc. csb.yale. edu/IZA -SC/A tlas
Agricultural and Biological Research Group, Katholich Universiteit, Leuven, Belgium
www. agr. kuleuven. ac. be/pers/tomr/zeostruc. htm
Department of Chemical Engineering, Cambridge University
www.cheng. cam. ac. uk/~jah!015/zeolites. html
Oxford University, Chemistry Department
www. chem. ox. ac. uk/mom/zeolite. html
Dr. Daniel Resasco, School of Chemical Engineering and Materials Science
University of Oklahoma www.ou.edu/catalysis
Ph.D. Project of the OSPT - Delft
www. ct. utwente.nl/~ospt/minipost96/tud/wijnand.html
Pollution Online
news.pollutiononline. com/industry-new's/ind02289 704. html
Zeolite Membrane Passes Only Water
Filtration & Separation, October 1997, p. 814
Air and Waste Management Association:
Paper 96-RA106.05, Adsorption ofVOCs on Zeolite
Paper 96-RA106.02, Microwave Regeneration of VOC Adsorbents
CHEMTECH, The American Chemical Society
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