Le zeoliti idrofobiche hanno un costo di acquisto superiore rispetto a quello dei carboni attivi e richiedono rigenerazione esterna generalmente dopo 5-8 anni di impiego.
Le zeoliti idrofobiche sono adsorbenti sintetici di tipo inorganico, a base di silice, la cui matrice cristallina contiene una fitta rete ordinata di microcanali e micropori di intersezione, le cui dimensioni, normalmente comprese tra 0,5 ÷ 1,5 nm, sono costanti in quanto parte della struttura ordinata dei cristalli.

Una particella di zeolite, a sferetta o cilindretto di dimensioni 1,6 mm, è costituita da singoli cristalli o aggregati di cristalli, di dimensioni 1 ÷ 5 μm, uniti ed assemblati tra loro da un legante argilloso che, con forma di sottili filamenti, si estende sulla superficie dei cristalli come una rete di contenimento. Gli interstizi tra i cristalli costituiscono una fase continua che avvolge i cristalli formando macrocavità di dimensioni 0,2 ÷ 0,5 μm.
Si può affermare che mentre una particella di carbone attivo è assimilabile ad una fase microporosa amorfa e continua entro cui si estende e si dirama una fase dispersa di macrocavità, una particella di zeolite è costituita da una fase microporosa finemente dispersa in una fase continua di macrocavità.
Le caratteristiche strutturali delle zeoliti sono alla base delle loro proprietà adsorbenti e cinetiche, che differiscono per diversi aspetti da quelli dei carboni attivi.

Le proprietà cinetiche delle zeoliti utilizzate negli impianti di depurazione dell'aria, in particolare, sono concettualmente inferiori a quelle dei carboni attivi, in quanto la diffusione delle molecole nella matrice microporosa è limitata praticamente a livello del singolo cristallo e per di più è piuttosto bassa come valore intrinseco di coefficiente diffusivo.

Pertanto la migrazione delle molecole di solvente dalla superficie della particella al cuore dei cristalli più interni avviene attraverso due meccanismi disposti in serie:

  1. la diffusione attraverso la fase gassosa presente nei macropori di interstizio tra i cristalli, seguita da:
  2. la diffusione nel singolo reticolo cristallino , attraverso i micropori.
Per compensare tali aspetti strutturali e per disporre di particelle adsorbenti con proprietà cinetiche accettabili, le zeoliti vengono formulate in polvere di cristalli di diametro massimo di 3 μm e granulati od estrusi prevalentemente in particelle di dimensioni intorno a 1,6 mm.
Le zeoliti hanno generalmente una superficie specifica e una porosità dei micropori sensibilmente inferiori rispetto il carbone attivo e quindi posseggono una più modesta capacità di adsorbimento. Sono tuttavia esenti da interazioni pericolose con i chetoni e la loro natura inorganica li preserva del tutto da rischi di incendio. Le zeoliti possono pertanto essere rigenerate con aria calda fino a 170 ÷ 200 C, con elevato rilascio dei solventi adsorbiti, fino al 50 ÷ 60%, compensando così rispetto i carboni attivi la loro inferiore capacità di adsorbimento.


ZEOLITE TIPO ZSM-5
La zeolite ZSM-5 possiede micropori di adsorbimento di diametro medio di circa 0.6 nm, per una superficie specifica pari a 400 m2/g ed una porosità complessiva di 0,14 cm3/g adsorbente.

In pratica la maggior parte dei solventi a volatilità alta o media, presenti nell’aria in concentrazioni di 0.3÷1 g/Nm3 e temperatura ambiente, viene assorbita nella zeolite in oggetto in concentrazioni dell’ordine di 4.5÷8 % in peso, ove mediamente l’11.5% peso costituisce la massima concentrazione ottenibile in condizione di condensazione del solvente.

Per la dimensione ristretta dei pori, la zeolite ZSM-5 è attiva anche nei confronti dei solventi a basso peso molecolare e molto volatili, come acetone e metanolo; inoltre mostra una capacità adsorbente particolarmente elevata per i componenti a peso molecolare medio, o comunque con struttura molecolare lineare, quali metiletilchetone, metilisobutilchetone, butilacetato, anche se presenti nell’ aria in bassa concentrazione.


Per contro, ad eccezione del benzene, la zeolite ZSM-5 ha difficoltà ad adsorbire i componenti aromatici ramificati a più elevato peso molecolare, per l’eccessivo ingombro molecolare di tali composti. In particolare, la zeolite ZSM-5 può considerarsi ancora attiva nel caso del toluene, generalmente adsorbito a livello di 4÷5 % peso; nel caso degli isomeri dello xilene le sue prestazioni adsorbenti risultano drasticamente ridotte: mentre gli isomeri meta e para possono essere ancora adsorbiti a livello 2÷3 % peso, l’orto xilene, per la sua struttura ramificata quasi non riesce a penetrare nel reticolo cristallino della zeolite. Per altro, le poche molecole dell’isomero orto che con difficoltà riescono ad introdursi nei microcanali della zeolite, tendono ad incastrarsi o ad interagire chimicamente con i siti attivi causando fenomeni di bloccaggio per le altre molecole di solventi di ingombro molecolare inferiore, eventualmente adsorbite contemporaneamente.

Ai fini pratici per una corrente di aria inquinata contenente in totale 0.6÷0.8 g/Nm3 di solventi e un tenore del 5% di Xileni nella miscela solventi, può ancora essere adottato un letto adsorbente di sola zeolite ZSM-5.
Per una concentrazione di Xileni superiore al 7% è opportuno, se non necessario, adottare un letto adsorbente a doppio strato, di cui il primo, costituito da zeolite Y dealluminata, è adibito alla rimozione degli Xileni ed è a protezione dello strato successivo di zeolite ZSM-5.
A causa dei pori ristretti, per il rilascio dei solventi adsorbiti, la zeolite ZSM-5 va flussata con aria calda a temperatura compresa tra 150 ÷ 180 C, ove le temperature più alte si rendono necessarie in presenza di tipologie di solventi poco volatili e ad elevata affinità, quali ad esempio metil-isobutil-chetone, butilacetato.


ZEOLITE TIPO Y DEALLUMINATA
La zeolite Y dealluminata ha micropori di dimensioni intorno a 0.8 nm per una superficie specifica pari a 800 m2/g ed una porosità complessiva di 0,24 cm3/g adsorbente; concettualmente ha quindi una capacità di adsorbimento quasi doppia rispetto la zeolite ZSM-5.
Per le dimensioni più elevate dei micropori la zeolite Y cattura agevolmente gli isomeri dello Xilene, che vengono adsorbiti in maniera preferenziale rispetto altri solventi più volatili.
Per contro la zeolite Y ha difficoltà ad adsorbire solventi molto volatili o a volatilità intermedia, se presenti in aria a basse concentrazioni: la zeolite Y è praticamente inattiva nei confronti dell’acetone, inoltre anche solventi meno volatili, quali metiletilchetone ed etilacetato, vengono adsorbiti modestamente se a concentrazione inferiore a 1 g/Nm3; lo stesso toluene viene adsorbito in modo significativo solo per concentrazioni superiori a 0.3 g/ Nm3.

Si può affermare che nel campo di concentrazioni tipiche del processo di concentrazione solventi, solo i solventi pesanti, quali metilisobutilchetone, butilacetato e gli aromatici vengono adsorbiti dalla zeolite Y in maniera significativa. Le caratteristiche adsorbenti della zeolite Y sono complementari con quelle della zeolite ZSM-5, con la differenza che mentre questa ultima può in pratica essere utilizzata anche da sola in molte applicazioni, la zeolite Y richiede sempre uno strato finale di zeolite ZSM-5, per la rimozione completa dei solventi contenuti nell’aria inquinata.