Equipamento de Absorção
O método de absorção utiliza solventes de baixa-volatilidade ou não{1}}voláteis para absorver COVs, separando-os posteriormente com base nas diferenças nas propriedades físicas dos COVs e do absorvente.
O gás-carregado de VOC entra na torre de absorção pela parte inferior; à medida que sobe, entra em contato-contra-corrente com o absorvente que flui do topo da torre. O gás purificado é então descarregado do topo da torre. O absorvente, agora carregado com COVs, passa por um trocador de calor antes de entrar no topo de uma torre de extração, onde a dessorção ocorre sob condições de temperatura elevada (superior à temperatura de absorção) ou pressão reduzida (inferior à pressão de absorção). O absorvente dessorvido é condensado através de um condensador de solvente e retornado à torre de absorção. O gás VOC dessorvido passa por um condensador e um separador de gás -líquido, saindo da torre de extração como um fluxo de VOC relativamente puro, pronto para recuperação e reutilização. Este processo é adequado-para purificar fluxos de gás caracterizados por altas concentrações de COV e baixas temperaturas; sob outras circunstâncias, são necessários ajustes de processo apropriados.
Equipamento de adsorção
Quando uma mistura de fluido é tratada com materiais sólidos porosos, um ou mais componentes do fluido podem ser capturados-e concentrados-na superfície sólida; este fenômeno é conhecido como adsorção. No contexto do tratamento de gases residuais via adsorção, as substâncias alvo são poluentes gasosos, constituindo um processo de adsorção de gás-sólido. Os componentes gasosos que estão sendo adsorvidos são denominados *adsorbatos*, enquanto o material sólido poroso é denominado *adsorvente*.
Uma vez que a superfície sólida tenha adsorvido o adsorbato, uma porção do material adsorvido pode subsequentemente separar-se da superfície adsorvente; este fenômeno é conhecido como dessorção. Contudo, após o processo de adsorção ter prosseguido durante um período, a acumulação de adsorbatos na superfície faz com que a capacidade do adsorvente diminua significativamente, não conseguindo assim satisfazer os requisitos para uma purificação eficaz. Neste momento, medidas específicas devem ser empregadas para dessorver o material acumulado no adsorvente, restaurando assim a sua capacidade de adsorção; este processo é conhecido como *regeneração adsorvente*. Consequentemente, em aplicações práticas de engenharia de adsorção, um processo cíclico-compreendendo adsorção, regeneração e subsequente adsorção-é utilizado para remover efetivamente os poluentes do gás residual e, ao mesmo tempo, recuperar componentes valiosos contidos no fluxo de gás.
Equipamento de purificação
Os métodos-baseados em combustão são altamente eficazes no tratamento de fluxos de gases residuais contendo altas concentrações de VOCs e compostos fétidos. O princípio subjacente envolve a utilização de excesso de ar para queimar essas impurezas; a maioria destas substâncias é assim convertida em dióxido de carbono e vapor de água, que podem então ser descarregados com segurança na atmosfera. Contudo, ao processar compostos orgânicos contendo cloro ou enxofre, os produtos de combustão incluem HCl ou SO2; conseqüentemente, os gases de pós{4}}combustão requerem tratamento adicional.
Equipamento de controle de poluição
Um plasma é um gás em estado ionizado. O termo "plasma" foi cunhado pelo cientista americano Irving Langmuir em 1927 enquanto estudava fenômenos de descarga em vapor de mercúrio sob condições de baixa-pressão. Um plasma consiste em um grande número de elétrons, átomos neutros, átomos em estado-excitado, fótons e radicais livres; entretanto, a carga negativa total dos elétrons e a carga positiva total dos íons devem se equilibrar, resultando em neutralidade elétrica geral-esta é a característica definidora de um "plasma". Os plasmas exibem propriedades condutoras e respondem aos campos eletromagnéticos de maneiras que diferem significativamente dos sólidos, líquidos e gases; por esse motivo, são frequentemente chamados de “quarto estado da matéria”. Com base em seu estado, temperatura e densidade de íons, os plasmas são normalmente classificados em duas categorias: plasmas de alta-temperatura e plasmas de baixa-temperatura (incluindo plasmas térmicos e plasmas frios). Plasmas-de alta temperatura possuem um grau de ionização próximo da unidade, e as temperaturas de todas as partículas constituintes são quase idênticas, colocando o sistema em um estado de equilíbrio termodinâmico; estes são utilizados principalmente em pesquisas envolvendo reações de fusão termonuclear controladas. Plasmas-de baixa temperatura, por outro lado, existem em um estado de não-equilíbrio termodinâmico, em que as temperaturas das várias partículas constituintes diferem. Especificamente, a temperatura do elétron (Te) é significativamente mais alta do que a temperatura do íon (Ti)-muitas vezes excedendo 10^4 K-enquanto as temperaturas dos íons e partículas neutras podem permanecer relativamente baixas, variando de 300 a 500 K. Plasmas gerados através de processos gerais de descarga de gás se enquadram na categoria de plasmas-de baixa temperatura.
A partir de 2013, pesquisas sobre os mecanismos subjacentes dos plasmas-de baixa temperatura sugerem que seus efeitos são principalmente o resultado de colisões inelásticas entre partículas. Plasmas de-baixa temperatura são ricos em elétrons, íons, radicais livres e moléculas de estado-excitado. Elétrons de{6}}alta energia colidem com moléculas de gás (ou átomos), transferindo sua energia cinética para a energia interna das moléculas do estado-fundamental (ou átomos); esse processo desencadeia uma cascata de reações-incluindo excitação, dissociação e ionização-conduzindo assim as moléculas a um estado ativado. Por um lado, este processo quebra as ligações moleculares dentro do gás, gerando moléculas mais simples e partículas sólidas; por outro lado, produz radicais livres-como •OH e H2O2-bem como ozônio (O3), um agente oxidante altamente potente. Em todo esse processo, os elétrons de alta{18}}energia desempenham o papel decisivo, enquanto o movimento térmico dos íons contribui apenas com um efeito secundário ou auxiliar. Sob pressão atmosférica, o plasma altamente fora do{19}}equilíbrio gerado pela descarga de gás apresenta uma temperatura do elétron-normalmente na faixa de vários milhares de graus Celsius-que é muito mais alta do que a temperatura do gás (que permanece próxima da temperatura ambiente, ou cerca de 100 graus). Vários tipos de reações químicas podem ocorrer dentro desse plasma fora do-equilíbrio; essas reações são determinadas principalmente por fatores como energia eletrônica média, densidade eletrônica, temperatura do gás, concentração de moléculas de gás perigosas e composição geral do gás. Essa capacidade oferece uma alternativa viável para facilitar reações que exigem altas energias de ativação-como a remoção de poluentes persistentes na atmosfera-e também permite o tratamento de fluxos de gases caracterizados por baixas concentrações de poluentes, altas velocidades de fluxo e grandes taxas de fluxo volumétrico (por exemplo, fluxos contendo compostos orgânicos voláteis ou poluentes contendo enxofre).
O método mais comum para gerar plasma é a descarga de gás. Descarga de gás refere-se a um processo em que um mecanismo específico faz com que um elétron seja ionizado-separado-de um átomo ou molécula de gás. O meio gasoso resultante é denominado “gás ionizado”; se este gás ionizado for gerado por um campo elétrico externo e sustentar uma corrente condutora, o fenômeno é especificamente referido como "descarga de gás". Com base no mecanismo de descarga subjacente, na natureza do meio gasoso e da fonte de energia e na geometria dos eletrodos, os plasmas de descarga gasosa são amplamente classificados nas seguintes categorias: ① Descarga Brilhante; ② Descarga de Barreira Dielétrica (DBD); ③ Descarga-de radiofrequência (RF); e ④ Descarga de Microondas. Independentemente da forma específica de geração de plasma empregada, uma descarga de alta-tensão é invariavelmente necessária. Esse requisito cria um risco potencial de arco elétrico ou faíscas, o que pode ser perigoso-uma preocupação significativa, visto que a remediação de poluentes gasosos normalmente exige operação sob pressão atmosférica.
Equipamento de Fotocatálise e Biopurificação
A fotocatálise é uma tecnologia de reação avançada projetada para operação em temperatura ambiente. A oxidação fotocatalítica permite a conversão completa de poluentes orgânicos presentes na água, no ar e no solo em produtos não-tóxicos e inofensivos à temperatura ambiente. Em contraste, as tecnologias tradicionais de incineração-de alta temperatura exigem temperaturas extremamente altas para destruir eficazmente os poluentes; mesmo os métodos convencionais de oxidação catalítica normalmente necessitam de temperaturas que atingem várias centenas de graus Celsius.
Teoricamente, desde que a energia luminosa absorvida por um semicondutor seja igual ou maior que sua energia de band gap, ele possui energia suficiente para excitar e gerar pares de elétrons-buracos; conseqüentemente, tal semicondutor pode servir potencialmente como um fotocatalisador. Exemplos comuns de fotocatalisadores de{2}composto único incluem vários óxidos e sulfetos metálicos-como TiO₂, ZnO, ZnS, CdS e PbS. Cada um desses catalisadores oferece vantagens distintas para reações específicas e pode ser selecionado conforme necessário em pesquisas práticas. Por exemplo, o semicondutor CdS possui uma energia de banda proibida relativamente estreita, que se alinha bem com a região quase-ultravioleta do espectro solar, permitindo assim a utilização eficiente da energia da luz natural; entretanto, é suscetível à fotocorrosão, resultando em uma vida útil limitada. Em contraste, o TiO2 exibe desempenho geral superior e se destaca como o fotocatalisador de composto único mais amplamente utilizado e extensivamente estudado.
