I flussi di rifiuti derivanti dalle operazioni di lavorazione includono tipicamente monomeri acrilici residui, insieme a quegli oligomeri a catena lunga che si formano quando la polimerizzazione si arresta, oltre a vari composti di diacrilato generati da reazioni secondarie impreviste. Quando queste sostanze si degradano termicamente, rilasciano anidride carbonica insieme ad altri composti organici volatili, come il 2-etilesene-1. La maggior parte degli impianti deve gestire circa 180 chilogrammi di questi residui complessi per ogni tonnellata prodotta di acrilato di 2-etilesile. Il controllo preciso della temperatura del reattore ha un impatto significativo sulla riduzione delle impurità indesiderate, senza compromettere l’efficienza effettiva della polimerizzazione. Piccole fluttuazioni possono influenzare in modo rilevante sia la qualità del prodotto sia il rispetto dei requisiti normativi ambientali.
Quando le aziende neutralizzano i processi con idrossido di sodio, generano circa 1,7 tonnellate di fanghi inorganici per ogni 100 tonnellate prodotte. Di cosa è composto esattamente tutto questo materiale di scarto? Principalmente idrossidi metallici provenienti da vecchi catalizzatori che hanno esaurito la loro funzione, oltre a vari sali estratti durante le operazioni di bilanciamento del pH. Questo materiale tende ad essere fortemente alcalino, il che significa che può corrodere gradualmente le attrezzature e, di certo, non deve assolutamente finire nelle falde acquifere. Analizzando i dati reali provenienti da tutta l’industria, gli impianti destinano tipicamente oltre 74.000 USD all’anno soltanto alla gestione di questi rifiuti su una linea di produzione di medie dimensioni. Fortunatamente, all’orizzonte si profila una soluzione. L’installazione di sistemi di lavaggio a circuito chiuso riduce drasticamente questo flusso di rifiuti problematico, anche se avviare tali sistemi richiede un investimento iniziale e una pianificazione adeguata.
Il processo controllato di distillazione consente di recuperare l’acido acrilico ancora non reagito da quei flussi di rifiuti ricchi di oligomeri. Questo materiale è estremamente prezioso come materia prima per altri prodotti. Il mantenimento della temperatura al di sotto dei 140 °C evita una eccessiva degradazione termica: in caso contrario, si formano residui appiccicosi che, nel tempo, possono danneggiare diversi tipi di apparecchiature. Grazie all’impiego di colonne frazionatrici avanzate, la maggior parte degli impianti riesce oggi a recuperare oltre il 90% del proprio acido acrilico. Si tratta di un risultato davvero notevole se confrontato con i metodi più vecchi, nei quali la degradazione degli oligomeri era inferiore di circa il 25%. Questi miglioramenti consentono alle aziende di risparmiare sui materiali grezzi e di evitare fermi troppo frequenti dei reattori per operazioni di pulizia.
Le acque reflue post-reazione contengono dal 5% al 15% di acido acrilico residuo, che richiede un recupero mirato. Due approcci consolidati sono:
Entrambi trasformano i reflui da un costo operativo in risorse riutilizzabili, riducendo i costi delle materie prime del 18–24% annuo. La scelta dipende dal contesto operativo:
| Metodo | Intervallo di concentrazione dell'acido | Consumo energetico | Generazione di residui |
|---|---|---|---|
| Estrazione reattiva | >8% | Moderato | Bassi rifiuti di solvente |
| Scambio Ionico | 1–8% | Inferiore | Salamoia rigenerata |
I tradizionali trattamenti biologici non sono sufficienti per eliminare i residui persistenti di acrilato di 2-etilesil, poiché questi composti resistono alla degradazione naturale. Il metodo basato su ozono più perossido di idrogeno genera radicali idrossilici estremamente reattivi, in grado di degradare dall’86% fino a quasi la totalità di tali sostanze organiche complesse in pochi minuti. Cosa accade successivamente? Questi radicali frammentano le complesse strutture carboniose, trasformandole in molecole assimilabili dai batteri oppure convertendole completamente in anidride carbonica e acqua. Nel trattamento di acque reflue contenenti acido acrilico, l’impiego di una miscela ottimale di ozono e perossido a un pH neutro o leggermente alcalino consente di rimuovere circa il 95% dei contaminanti, senza generare sottoprodotti nocivi. Test condotti in condizioni reali hanno dimostrato che questo approccio riduce i costi operativi del 40–60% rispetto alle alternative basate sul riscaldamento, oltre a non produrre alcun rifiuto aggiuntivo da smaltire successivamente. Ciò è perfettamente comprensibile per diversi motivi.
Questo approccio ossidativo consente il rispetto dei rigidi limiti di scarico (< 0,1 ppm di acido acrilico), permettendo nel contempo il riutilizzo del 70–85% dell’acqua. I reattori a funzionamento continuo, dotati di dosaggio automatico di perossido, riducono il consumo di ozono del 15–30%, migliorando ulteriormente l’efficienza energetica.
I solventi eutettici profondi (DES) rappresentano un’opzione più ecologica rispetto ai tradizionali metodi a base di idrossido di sodio utilizzati nella produzione di esteri di acrilato di 2-etilesilico. Realizzati partendo da materiali naturali e sicuri per gli operatori, questi solventi impediscono la formazione di rifiuti acidi già in fase iniziale — qualcosa che i comuni trattamenti con NaOH non riescono assolutamente a fare, poiché generano fanghi pericolosi durante la neutralizzazione. Test condotti in ambienti industriali reali dimostrano che le fabbriche riescono a ridurre i propri rifiuti di circa il 40%, senza compromettere l’efficienza della conversione dell’acrilato nei prodotti finali. Ciò che rende davvero eccezionali i DES è la loro possibilità di essere riutilizzati più volte in diverse reazioni, con un conseguente minor consumo complessivo di risorse per la produzione. Invece di gestire i rifiuti dopo che si sono formati — come avviene nella maggior parte dei processi — i DES ne prevengono addirittura la formazione fin dall’inizio. Questo approccio si inserisce perfettamente nelle pratiche di chimica verde, poiché le aziende riducono i costi legati allo smaltimento e, al contempo, diminuiscono in modo significativo il proprio impatto ambientale. L’intero processo di esterificazione diventa molto più pulito grazie all’uso di questi solventi, dando vita a ciò che alcuni definiscono un modello di produzione circolare, in cui tutti gli elementi operano insieme in modo efficiente e sostenibile.
I principali flussi di rifiuto includono gli effluenti del reattore contenenti acido acrilico residuo, oligomeri e sottoprodotti di diacrilato, nonché i residui di neutralizzazione del catalizzatore provenienti dai lavaggi alcalini e i fanghi generati dall’aggiustamento del pH.
L’acido acrilico può essere recuperato mediante estrazione reattiva con solventi amina terziaria o scambio ionico che impiega resine funzionalizzate.
I DES rappresentano un’alternativa più ecologica ai metodi convenzionali, riducendo i rifiuti del 40% e prevenendo la formazione di rifiuti acidi durante l’esterificazione dell’acrilato di 2-etilesil.
EN