L'essiccante in allumina attivata viene utilizzato nei sistemi di aria compressa per estrarre l'umidità, aiutando a prevenire la corrosione e la formazione di ruggine, così come applicazioni di deumidificazione come la produzione e l'imballaggio elettronico.
L'allumina attivata può essere vulnerabile agli idrocarburi a catena lunga che ne ostruiscono i pori, che a loro volta diminuiscono le sue capacità di assorbimento e ne accorciano il ciclo di vita.
Produzione
I processi di calcolo e attivazione sono fondamentali per creare allumina attivata con struttura dei pori e caratteristiche dell'area superficiale ottimali, che alla fine determinano le sue capacità di assorbimento dell'umidità. A seconda dell'applicazione è possibile creare una varietà di dimensioni dei pori e aree superficiali; inoltre, la rigenerazione consente agli utenti di personalizzarlo specificamente per qualsiasi esigenza particolare.
Gli essiccanti in allumina attivata offrono molti vantaggi rispetto ad altri essiccanti; la sua versatilità gli consente di essiccare in modo efficiente sia i liquidi che i gas. Con oltre venti tipi di gas compreso l'acetilene, idrogeno, ossigeno e aria si è dimostrato prezioso come essiccante. Inoltre, l'allumina attivata si è rivelata utile nei processi di essiccazione dei liquidi come la disidratazione e l'ossidazione di acidi organici e solventi.
Inoltre, l'allumina può essere utilizzata anche per rimuovere efficacemente il fluoro dall'acqua potabile in modo sicuro, poiché l'allumina assorbe il fluoro che entra attraverso i processi di trattamento – proteggendo così gli esseri umani dall'esposizione.
La rigenerazione dell’allumina con energia a bassa temperatura riduce sia il consumo di energia che la produzione di rifiuti, ma richiede ancora attrezzature costose, comprese pompe per vuoto e serbatoi di acqua calda. Perciò, per ottenere prestazioni e longevità ottimali del prodotto è fondamentale seguire le raccomandazioni del produttore in termini di utilizzo. Il monitoraggio regolare della sua capacità di adsorbimento consente inoltre una rigenerazione tempestiva, prevenendo così il degrado o il danneggiamento della sua composizione materiale.
Adsorbimento
L'allumina attivata è un materiale assorbente ottenuto dalla disidratazione dell'idrossido di alluminio. Come essiccante efficace, l'allumina attivata trova impiego in applicazioni che richiedono adsorbimento, purificazione o catalisi. Con la sua ampia superficie e abbondanti siti di assorbimento, l'allumina attivata ha applicazioni diffuse in tutti i settori e applicazioni.
L'allumina attiva vanta una capacità di adsorbimento superiore grazie alla sua struttura porosa, formato dal riscaldamento controllato di allumina idrata. Mentre si verifica questo processo, le molecole d'acqua vengono rilasciate dai reticoli cristallini e la struttura si rompe lungo piani di debolezza strutturale; creando un'intricata rete di pori con un diametro medio dei pori di 4 nanometri in materiale di allumina attivata.
Come tale, l'allumina attivata ha elevate capacità di assorbimento dell'umidità rispetto al gel di silice e ai setacci molecolari; Tuttavia, la sua capacità di assorbire l'umidità dipende da fattori come la superficie, dimensione dei pori e umidità relativa.
La rigenerazione dell'allumina attivata richiede apparecchiature costose e complesse che consumano energie a bassa temperatura come il sole o il calore di scarto, insieme a quantità significative di energia per i costi di funzionamento e manutenzione.
Rigenerazione
L'essiccante in allumina attivata ha un'eccezionale capacità di adsorbimento, rendendolo il materiale perfetto per estrarre contaminanti in forma gassosa o liquida. Inoltre, la sua stabilità termica gli consente di resistere a temperature elevate senza perdere le sue proprietà di adsorbimento; una volta raggiunta questa capacità può essere riciclato riducendo ulteriormente i costi operativi e l'impatto ambientale.
L'allumina attiva ha una microstruttura caratteristica costituita da una rete uniforme di pori con una dimensione media dei pori di 4 nm, formato attraverso il riscaldamento controllato del reticolo cristallino di allumina idratata si rompe lungo piani di debolezza strutturale che consentono alle molecole d'acqua di fuoriuscire, creando un'estesa struttura porosa – contribuendo in modo significativo alle sue capacità di assorbimento migliorate.
Tipicamente, l'energia di attivazione dell'allumina attivata può essere calcolata utilizzando l'equazione di Arrhenius: Ea è la sua energia di attivazione del desorbimento mentre D0 rappresenta il suo fattore preesponenziale e T è la sua temperatura di essiccazione. Ciascuna parte di allumina attivata è direttamente legata alla sua capacità di assorbimento dell'umidità determinata dalle condizioni del trattamento termico;
In questo studio, è stato utilizzato un microscopio ottico elettronico per osservare la morfologia superficiale dell'allumina attivata durante le varie fasi del suo processo di rigenerazione. Per visualizzare le mappe di contorno generate in modo accurato e rapido dalle immagini della regione estratte dalla funzione MATLAB Contour dalle immagini della regione estratte come mostrato nella Figura 14. Figura 14 mostra che le superfici delle particelle di allumina attivata appena attivate fluttuavano leggermente prima di diventare piatte dopo l'adsorbimento umido; senza pretrattamento ad ultrasuoni per la rigenerazione questa superficie risultava ruvida; dopo il pretrattamento ad ultrasuoni tuttavia è diventata liscia.
Applicazioni
La capacità dell’allumina attivata di assorbire l’umidità la rende un materiale indispensabile in molte applicazioni. I sistemi ad aria compressa utilizzano l'allumina attivata come assorbente dell'umidità, e il suo utilizzo previene l'accumulo che potrebbe causare problemi di ruggine o corrosione, mentre la produzione elettronica lo utilizza nelle linee di produzione per essiccare circuiti stampati e semiconduttori. Inoltre, l'adsorbimento di allumina attivata è spesso impiegato in ambito farmaceutico, processi chimici e petrolchimici per essiccare gas come il propilene prima dei processi di essiccazione che creano processi di essiccazione utilizzati nelle operazioni di produzione di alimenti e bevande.
Grazie al suo elevato rapporto superficie/volume, l'allumina ha una grande affinità con l'acqua a causa della presenza di molecole non legate e della coordinazione tra i gruppi ossidrile e le molecole d'acqua. Inoltre, l'allumina è altamente personalizzabile e può essere trasformata in strutture porose su misura per particolari requisiti applicativi.
Come con qualsiasi adsorbente solido, l'energia di desorbimento dipende dalla temperatura di rigenerazione, che a sua volta fa affidamento sulla sua apparente energia di attivazione (E) di materiale di allumina. Ea può essere previsto utilizzando una rete BP con nodi di input che rappresentano l'adsorbimento iniziale di umidità da parte del materiale di allumina, temperatura di rigenerazione e consumo di energia ultrasonica; e nodi di output che rappresentano il consumo energetico unitario durante la rigenerazione. Prevedendo accuratamente l’Ea diventa possibile ottimizzare i processi di rigenerazione risparmiando sui costi energetici.