BR112019027906A2 - sistema reator fotocatalítico e método para transformar reagente - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a sistemas reatores (200), que incluem: (a) um alojamento (230) tendo uma superfície interna que pode ser pelo menos parcialmente reflexiva; (b) pelo menos uma célula reatora (100) disposta dentro do alojamento (230), a pelo menos uma célula reatora (100) incluindo um invólucro e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador (120) disposto dentro do pelo menos um invólucro, em que o invólucro é opticamente transparente e inclui pelo menos uma entrada, para que um reagente entre na pelo menos uma célula, e pelo menos uma saída, para que um reformado saia da pelo menos uma célula; e (c) pelo menos uma fonte de luz (220) disposta dentro do alojamento (230) e/ou externa ao alojamento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTE- MA REATOR FOTOCATALÍTICO E MÉTODO PARA TRANSFOR- MAR REAGENTE”".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS

[0001] O presente pedido de patente reivindica a prioridade para e, desse modo, incorpora por referência as totalidades dos seguintes pe- didos de patentes U.S.: pedido de patente provisório U.S. de nº 62/525.301, depositado em 27 de junho de 2017, pedido de patente provisório U.S. de nº 62/525.305, depositado em 27 de junho de 2017, pedido de patente provisório U.S. de nº 62/525.380, depositado em 27 de junho de 2017, e pedido de patente provisório U.S. de nº 62/586.675, depositado em 15 de novembro de 2017.

[0002] Além disso, as totalidades dos seguintes pedidos de paten- tes são incorporadas por referência no presente relatório descritivo: pedido de patente internacional de nº PCT/US18/32375, depositado em 11 de maio de 2018, pedido de patente U.S. de nº 15.977.843, de- positado em 11 de maio de 2018, e pedido de patente internacional de nº (a ser atribuído), intitulado "Reactor Cell with a Transparent Enclo- sure", depositado concorrentemente com o presente pedido de paten- te.

2. CAMPO DA INVENÇÃO

[0003] A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a sis- temas reatores tendo pelo menos uma fonte de luz e células reatoras, todos incluindo um invólucro opticamente transparente e um ou mais fotocatalisadores plasmônicos em um suporte de catalisador disposto dentro do invólucro.

3. ANTECEDENTES TÉCNICOS

[0004] Os processos industriais dependem exclusivamente de ca- talisadores heterogêneos para a produção química e atenuação de poluentes ambientais. Esses processos se baseiam, frequentemente, em nanopartículas metálicas dispersas em materiais de suporte de grande área superficial para tanto maximizar a área superficial cataliti- camente ativa, quando para o uso mais efetivo dos catalisadores (tal como paládio, platina, rutênio ou ródio). Os processos catalíticos, que utilizam nanopartículas de metais de transição, são, frequentemente intensos em energia, se baseando em altas temperaturas e pressões para maximizar a atividade catalítica. Desse modo, persiste uma ne- cessidade para um sistema catalítico eficiente e efetivo em custo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Os inventores descobriram sistemas reatores eficientes, que utilizam uma fonte de luz artificial ou natural. Os sistemas reatores da invenção podem ser projetados para maximizar a absorção de um ou mais comprimentos de onda selecionados e/ou catalisam uma rea- ção química desejada. Por conseguinte, os sistemas reatores descritos no presente relatório descritivo podem ser soluções efetivas em custo e ambientalmente sustentáveis para muitos processos industriais atu- ais.

[0006] Desse modo, em um aspecto, a presente invenção propor- ciona um sistema reator, que inclui um alojamento, e pelo menos uma célula reatora disposta dentro do alojamento. A pelo menos uma célula reatora compreende um invólucro e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador, disposto dentro do pelo menos um invólu- cro, em que o invólucro é opticamente transparente e compreende pe- lo menos uma entrada, para um reagente entrar em pelo menos uma célula, e pelo menos uma saída, para que um reformado saia da pelo menos uma célula. Quando pelo menos uma fonte de luz é aplicada, a célula reatora é configurada para transformar o reagente no reforma- do.

[0007] Em outro aspecto, a presente invenção proporciona um concentrador solar e uma célula reatora fotocatalítica, posicionada re- lativa ao concentrador solar, para aumentar uma incidência de radia- ção eletromagnética na célula reatora fotocatalítica.

[0008] Em mais outro aspecto, a presente invenção proporciona um método para transformar pelo menos um reagente em pelo menos um reformado. O método inclui: (a) distribuir pelo menos um reagente em várias células reatoras dispostas dentro de um alojamento, em que cada célula reatora compreende um invólucro opticamente transparen- te e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador, dis- posto dentro do invólucro opticamente transparente; (b) iluminar, por meio de pelo menos uma fonte de luz, um interior do alojamento para fazer com que as várias células reatoras transformem pelo menos um reagente em pelo menos um reformado; e (c) acumular o pelo menos um reformado das várias células reatoras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] Os desenhos em anexo são incluídos para proporcionar um entendimento adicional dos métodos e dispositivos da invenção, e são incorporados nesse e constituem parte desse relatório descritivo. Os desenhos não estão necessariamente em escala, e os tamanhos dos vários elementos podem estar distorcidos para clareza e/ou ilustrados como representações simplificadas para promover compreensão. Os desenhos ilustram uma ou mais concretizações da invenção e, conjun- tamente com a descrição, servem para explicar os princípios e a ope- ração da invenção.

[0010] A Figura 1A é uma vista lateral em seção transversal de uma célula reatora de acordo com uma concretização da invenção.

[0011] A Figura 1B é uma vista lateral em perspectiva detalhada de uma célula reatora de acordo com uma concretização da invenção.

[0012] A Figura 2A é uma vista em perspectiva de uma configura- ção de um sistema reator de acordo com uma concretização da inven-

ção.

[0013] A Figura 2B é uma vista lateral em perspectiva detalhada de uma configuração de um sistema reator de acordo com a concreti- zação da Figura 2A.

[0014] A Figura 3A é uma vista lateral em seção transversal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com uma concretização da invenção.

[0015] A Figura 3B é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com a concretização da Figura 3A.

[0016] A Figura 4A é uma vista lateral em seção transversal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com uma concretização da invenção.

[0017] A Figura 4B é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com a concretização da Figura 4A.

[0018] A Figura 5A é uma vista lateral em seção transversal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com uma concretização da invenção.

[0019] A Figura 5B é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa da célula reatora de acordo com a concretização da Figura 5A.

[0020] A Figura 6 é uma vista detalhada em seção transversal de uma configuração exemplificativa da célula reatora tendo um suporte de catalisador em forma de conta.

[0021] A Figura 7A é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa de um sistema de células reatoras de acordo com uma concretização da invenção.

[0022] A Figura 7B é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa de um sistema de células reatoras de acordo com uma concretização da invenção.

[0023] A Figura 7C é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa de um sistema de células reatoras de acordo com uma concretização da invenção.

[0024] A Figura 7D é uma vista pela extremidade em seção trans- versal de uma configuração exemplificativa de um sistema de células reatoras de acordo com uma concretização da invenção.

[0025] A Figura 8 é uma vista em perspectiva de uma configuração exemplificativa de um sistema reator tendo um concentrador solar de acordo com uma concretização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0026] Antes da descrição dos sistemas e métodos, deve-se en- tender que os aspectos descritos no presente relatório descritivo não são limitados às concretizações, equipamento ou configurações espe- cíficas, e como tal, podem, naturalmente, variar. Deve-se também en- tender que a terminologia usada no presente relatório descritivo é para a finalidade de apenas descrever os aspectos particulares e, a menos que definida especificamente no presente relatório descritivo, não é tencionada para ser limitante.

[0027] Ao longo deste relatório descritivo, a menos que o contexto indique de outro modo, os termos "compreender" e "incluir" e suas va- riações (por exemplo, "compreende", "compreendendo", "inclui", "inclu- indo") devem ser entendidos como implicando na inclusão de um com- ponente, aspecto, elemento ou etapa indicado, ou um grupo de com- ponentes, aspectos, elementos ou etapas indicados, mas sem a exclu- são de qualquer outro componente, aspecto, elemento ou etapa ou grupo de componentes, aspectos, elementos ou etapas.

[0028] Como usadas no relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a" incluem aquelas referentes no plural, as menos que o contexto indique claramente de outro modo.

[0029] Como usado no presente relatório descritivo, o termo "aco- plamento" inclui acoplamento físico, eletrônico, térmico ou óptico de um elemento a outro elemento.

[0030] As faixas podem ser expressas no presente relatório descri- tivo como de "cerca de" um valor particular, e/ou a "cerca de" de outro valor particular. Quando essa faixa é expressa, outro aspecto inclui de um valor particular e/ou a outro valor particular. De modo similar, quando os valores são expressos como aproximações, por uso de "cerca de" antecedente, deve-se entender que o valor particular forma outro aspecto. Deve-se entender ainda que os pontos finais de todas as faixas são significativos, tanto em relação ao outro ponto final, quanto independentemente do outro ponto final.

[0031] Todos os percentuais, relações e proporções são, no pre- sente relatório descritivo, em peso, a menos que especificado de outro modo. Um percentual em peso (% em peso, também % pp) de um componente, a menos que indicado especificamente de outro modo, é baseado no peso total da composição, na qual o componente está in- cluído (por exemplo, na quantidade total do material de catalisador).

[0032] Em vista da presente invenção, os processos e os materiais ativos descritos no presente relatório descritivo podem ser configura- dos por uma pessoa versada na técnica para satisfazer as necessida- des desejadas. Em geral, os sistemas, métodos e equipamento descri- tos proporcionam aperfeiçoamentos nos processos e materiais de fo- tocatálise. Em geral, a presente invenção proporciona um sistema rea- tor, que inclui um alojamento tendo uma superfície interna, que pode ser pelo menos parcialmente reflexiva. O sistema reator também inclui pelo menos uma célula reatora disposta dentro do alojamento. A pelo menos uma célula reatora inclui um invólucro e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador, disposto dentro do pelo menos um invólucro. O invólucro da célula é opticamente transparente e inclui pelo menos uma entrada, para que um reagente entre na pelo menos uma célula, e pelo menos uma saída, para que um reformado saia da pelo menos uma célula. O sistema reator inclui ainda pelo me- nos uma fonte de luz, que pode ser disposta dentro do alojamento e/ou externa a ele.

[0033] Em geral, o sistema reator é projetado para permitir a ilumi- nação das células reatoras com uma fonte de luz, ele mesmo podendo ser compreendido de uma ou mais fontes de luz individuais. Uma con- cretização do sistema reator da invenção é mostrada em uma vista em seção transversal na Figura 2A. Os mesmos elementos do sistema reator 200 são também mostrados em uma vista detalhada na Figura 2B. Nessa concretização, pelo menos uma célula reatora 100 e pelo menos uma fonte de luz 220 são dispostas dentro do alojamento do reator 230. O sistema reator 200 compreende ainda conexões do rea- tor 240, que podem ser ainda acopladas a outro sistema (por exemplo, outro sistema usado para as reações de reforma). Vários outros com- ponentes do sistema reator da invenção são mostrados nas Figuras 3A - 3B, 4A - 4B e %a - 5B. Em algumas concretizações, como mos- trado nas Figuras 7A - 7D, o sistema reator pode ter várias fontes de luz 220 e/ou itens de gerenciamento térmico 250.

[0034] Em uma concretização, as conexões do reator 240 podem compreender um distribuidor de fluido do reator (para entrada) e um acumulador de fluido de reator (para saída). Qualquer distribuidor ou acumulador de fluido de reator conhecido na técnica pode ser usado. Por exemplo, o distribuidor ou acumulador de fluido do reator pode ser similares àqueles descritos na patente U.S. 4.788.040 (incorporada por referência no presente relatório descritivo), em que os orifícios do dis- tribuidor de do acumulador de fluido do reator vão seguir a disposição das células reatoras. Em algumas concretizações, as superfícies inter-

nas (isto é, voltadas para as células reatoras) do distribuidor e/ou acumulador de fluido do reator podem ser reflexivas.

[0035] Em uma concretização, a pelo menos uma fonte de luz po- de ser alongada e disposta coaxialmente ao longo de um eixo longo central do alojamento. Em outras concretizações, a pelo menos uma fonte de luz pode incluir pelo menos um LED, uma lâmpada de halo- geneto metálico, uma lâmpada de sódio de alta pressão, uma lâmpada de xenônio, uma lâmpada incandescente, uma lâmpada fluorescente, uma lâmpada de halogênio, HID, laser ou uma combinação deles. Em outra concretização, a pelo menos uma fonte de luz pode incluir pelo menos uma lâmpada de LED de espiga, tendo vários LEDs dispostos ao longo do seu comprimento.

[0036] Em outra concretização, a pelo menos uma célula reatora pode ser alongada e pode ter uma seção transversal circular. Nessa concretização, a pelo menos uma célula reatora pode ser disposta pa- ralela ou ainda coaxial com a pelo menos uma fonte de luz. Por exem- plo, em outra concretização, a pelo menos uma fonte de luz pode ser disposta coaxialmente no alojamento, e a pelo menos uma célula rea- tora inclui várias células reatoras dispostas circundando a pelo menos uma fonte de luz.

[0037] Em uma concretização, o alojamento tem uma seção trans- versal circular ou poligonal. Em uma concretização, o alojamento pode ter um diâmetro interno variando de cerca de 12 cm a cerca de 128 cm. O alojamento pode ter ainda um diâmetro interno variando de cer- ca de 24 cm a cerca de 72 cm. Todas as células reatoras têm um diâ- metro variando de cerca de 2 cm a cerca de 4 cm, de acordo com uma concretização. As várias células reatoras variam em número, por exemplo, de 12 células a 24 células.

[0038] Em outra concretização, o alojamento pode ter um diâmetro interno variando de cerca de 12 cm a cerca de 18 cm. Como mostrado nas Figuras 4A - 4B, todas as várias células reatoras podem ter um diâmetro de cerca de 2 cm, e as várias células reatoras podem variar em número, por exemplo, de 50 células a 100 células. Em outra con- cretização, mostradas nas Figuras 5A - 5B, todas as várias células reatoras podem ter um diâmetro de cerca de 1 cm, e as várias células reatoras incluem, por exemplo, pelo menos 100 células reatoras.

[0039] Em uma concretização, mostrada na Figura 7B, o sistema reator inclui pelo menos um eixo 255, que é disposto coaxialmente dentro do alojamento. O pelo menos um eixo pode ter uma extremida- de externa reflexiva. Nessa concretização, várias células reatoras e várias fontes de luz são dispostas paralelas a e circundando o pelo menos um eixo, tal como em uma disposição alternativa. Em outra concretização, o pelo menos um eixo 255 pode ter uma cavidade, que tem uma entrada em uma primeira extremidade e uma saída em uma segunda extremidade, de modo que o pelo menos um eixo 255 seja configurado para permitir que o fluido escoe por ele para controle tér- mico do sistema reator, em cujo caso o fluido vai constituir pelo menos parte do item de controle térmico 250. Em uma concretização alterna- tiva, o pelo menos um eixo compreende uma haste metálica e/ou ara- mes metálicos configurados para condução térmica.

[0040] Em outra concretização, o sistema reator tem um alojamen- to com uma superfície interna acoplada a pelo menos uma fonte de luz. O sistema reator tem ainda pelo menos uma célula reatora dispos- ta dentro do alojamento. A pelo menos uma célula reatora inclui um invólucro e um fotocatalisador plasmônico disposto dentro do pelo me- nos um invólucro. O invólucro é opticamente transparente e inclui pelo menos uma entrada para um reagente, para entrar na pelo menos uma célula reatora, e pelo menos uma saída, para que um reformado saia da pelo menos uma célula reatora. O sistema reator pode incluir pelo menos um eixo tendo uma superfície externa reflexiva, que é disposta dentro do alojamento. Em uma concretização, o pelo menos um eixo é disposto coaxialmente dentro do alojamento.

[0041] Em algumas concretizações, a fonte de luz é uma fonte de luz solar. Por exemplo, a fonte de luz pode incluir radiação eletromag- nética do sol, de outra estrela ou de qualquer outro corpo celeste emissor de luz. Nesse caso, o sistema reator pode compreender um concentrador solar para proporcionar energia luminosa a uma célula reatora fotocatalítica, que pode ser parte de um sistema reator com- preendendo muitas células reatoras fotocatalíticas.

[0042] Um sistema reator utilizando uma fonte de luz solar pode compreender um concentrador solar, tal como um refletor ou refrator, e uma célula reatora fotocatalítica posicionada relativa ao concentrador solar para aumentar uma incidência de radiação eletromagnética na célula reatora fotocatalítica. De acordo com um exemplo, o concentra- dor solar compreende um refletor, tal como um concentrador de espe- lho parabólico, uma antena parabólica, um refletor de Fresnel, um Re- fletor de Fresnel Linear Compacto (CLFR), uma torre de energia solar, um coletor de placa plana, um coletor tubular sob vácuo ou outro tipo de refletor. De acordo com outro exemplo, o concentrador solar com- preende um refrator, tal como uma lente (por exemplo, uma lente de Fresnel).

[0043] A Figura 8 ilustra uma concretização exemplificativa, na qual o concentrador solar é um concentrador de espelho parabólico

800. Como mostrado, o concentrador de espelho parabólico 800 com- preende uma superfície espelhada de forma parabólica 800, curva pa- ra definir matematicamente uma linha focal na qual a radiação eletro- magnética incidente do sol (ou de outra fonte de luz) se reflete. O con- centrador de espelho parabólico 800 também compreende um meca- nismo de fixação 804, tal como um suporte, uma estrutura, uma base ou outro meio para fixar o concentrador de espelho parabólico 800 em um objeto, tal como, por exemplo, a Terra (incluindo, por exemplo, um objeto na Terra), um veículo, um corpo celeste ou um satélite. A célula reatora fotocatalítica é posicionada para ficar substancialmente alinha- da ao longo do seu eixo central (isto é, seu eixo longo, para uma célula cilíndrica alongada) para a linha focal do concentrador de espelho pa- rabólico.

[0044] Ainda que a Figura 8 ilustre apenas um único concentrador de espelho parabólico 800 com uma única célula reatora fotocatalítica 100, em algumas concretizações, pode haver mais de um concentra- dor de espelho parabólico com uma única célula reatora fotocatalítica (posicionada para ficar substancialmente alinhada ao longo do seu ei- xo central com uma linha focal de pelo menos um dos vários concen- tradores de espelhos parabólicos), um único concentrador de espelho parabólico com mais de uma célula reatora fotocatalítica (posicionada para ficar substancialmente paralela ao longo dos seus eixos centrais com uma linha focal do concentrador de espelho parabólico), ou múlti- plos concentradores de espelhos parabólicos com múltiplas células reatoras fotocatalíticas (todas posicionadas para ficarem substancial- mente paralelas ao longo do seu eixo central com uma linha focal de pelo menos um dos vários concentradores de espelhos parabólicos).

[0045] Como uma alternativa ao espelho parabólico 800, ilustrado na Figura 8, o concentrador solar pode compreender uma antena pa- rabólica, com a célula reatora fotocatalítica posicionada substancial- mente em um ponto focal da antena parabólica. A antena parabólica pode, por exemplo, compreender várias partes de antena reflexivas dispostas adjacentes a outras respectivas partes de antenas reflexivas para formar um conjunto.

[0046] Como outra alternativa, o concentrador solar pode compre- ender um refletor de Fresnel, em que a célula reatora fotocatalítica é posicionada para ficar substancialmente alinhada ao longo do seu eixo central com uma linha focal do refletor de Fresnel. O refletor de Fres- nel pode compreender, por exemplo, um Refletor de Fresnel Linear Compacto (CLFR).

[0047] Como ainda outro exemplo, o concentrador solar pode compreender uma torre de energia solar, configurada para receber ra- diação eletromagnética concentrada de um conjunto de refletores mó- veis. Nessa configuração, a célula reatora fotocatalítica é posicionada na torre de energia solar em um ponto focal do conjunto de refletores móveis, de acordo com uma concretização.

[0048] Outras concretizações de concentrador solar, que utilizam refletores, também podem ser usadas. Um coletor de placa plana e/ou um coletor tubular sob vácuo pode ser possivelmente usado em algu- mas implementações.

[0049] Como uma alternativa a uma implementação de refletor pa- ra o concentrador solar, um refrator pode ser usado. Por exemplo, o concentrador solar pode compreender uma lente refrativa, com a célu- la reatora fotocatalítica posicionada em um ponto focal da lente refrati- va. Por exemplo, o concentrador solar pode compreender uma lente de Fresnel, na qual a célula reatora fotocatalítica é posicionada em um ponto focal da lente de Fresnel.

[0050] Nas concretizações descritas acima, os elementos de con- centração e/ou focalização solar, tais como o concentrador de espelho parabólico 800 e outros, pode constituir um alojamento ou pelo menos uma parte dele, como descrito diferentemente no presente relatório descritivo. Como uma alternativa, esses elementos de concentração e/ou focalização solar podem residir dentro d um alojamento separado, tal como um que seja pelo menos parcialmente transparente.

[0051] Em todas as concretizações de fonte de luz solar descritas acima, o concentrador solar pode ser orientado vantajosamente para maximizar substancialmente uma intensidade da radiação eletromag-

nética incidente normal ao concentrador solar. Em uma concretização, o comprimento do concentrador solar é alinhado ao longo de uma ori- entação norte - sul, e o sistema reator pode compreender ainda um sistema de rastreamento solar controlado por computador, para orien- tar o concentrador solar para manter um ângulo de incidência otimiza- do da radiação eletromagnética no concentrador solar. Em geral, quaisquer das alternativas do concentrador solar descritas acima po- dem ser controladas para rastrear o movimento do sol (ou outra fonte de luz), para maximizar substancialmente uma intensidade de radiação eletromagnética incidente normal ao concentrador solar.

[0052] Para pelo menos uma das concretizações de fonte de luz solar descritas acima, a célula reatora fotocatalítica pode ter, vantajo- samente, pelo menos uma parte de uma superfície interna do invólucro sendo reflexiva (por exemplo, espelhada), para refletir a luz recebida de volta para o suporte de catalisador 120 (consultar, por exemplo, a Figura 1A). Por exemplo, uma superfície interna / interior do invólucro da célula reatora fotocatalítica pode ser espelhada oposta ao concen- trador solar da célula reatora fotocatalítica. O invólucro da célula reato- ra fotocatalítica deve ser bastante opticamente transparente, pelo me- nos em uma direção para o concentrador solar.

[0053] Ainda que várias implementações de fonte de luz solar para um reator tenham sido descritas, outras são possíveis e são tenciona- das para ficarem dentro do âmbito das reivindicações em anexo. Além do mais, as concretizações descritas acima podem ter aplicações com fontes de luz diferentes de solar, incluindo ambas as fontes de luz na- tural e artificial (isto é, elétrica).

[0054] Como mencionado acima, o sistema reator compreende uma ou mais células reatoras. As células reatoras da invenção com- preendem um invólucro opticamente transparente, que compreende pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída; e um ou mais foto-

catalisadores plasmônicos em um suporte de catalisador disposto den- tro do invólucro. Tipicamente, o fotocatalisador plasmônico compreen- de um catalisador acoplado a um material plasmônico, tal como por um acoplamento físico, eletrônico, térmico ou óptico. As células reato- ras da invenção são configuradas, por aplicação de uma fonte de luz, para transformar pelo menos um reagente em pelo menos um refor- mado.

[0055] Em reatores de leito fixo tradicionais, os leitos de catalisa- dor não são opticamente transparentes (isto é, a luz não penetra no leito de catalisador). Comparativamente, de acordo com algumas con- cretizações da invenção, pelo menos o suporte é opticamente transpa- rente. Em outras concretizações, as células reatoras da invenção compreendem adicional ou alternativamente um invólucro, que é opti- camente transparente. Em algumas concretizações, o invólucro opti- camente transparente tem pelo menos 50% de transmitância para um comprimento de onda de luz predeterminado. Por exemplo, em algu- mas concretizações, o invólucro opticamente transparente tem entre cerca de 50% a cerca de 100% de transmitância para um comprimento de onda de luz predeterminado; ou pelo menos 55%, ou pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90%, ou pelo menos 95% ou ainda pelo menos 98% de transmitância para um comprimento de onda de luz predeterminado.

[0056] Vantajosamente, o invólucro opticamente transparente, de acordo com algumas concretizações da invenção, pode ter uma baixa expansão térmica. Desse modo, em uma concretização, o invólucro compreende um material tendo um coeficiente linear de expansão tér- mica (CTE) inferior a cerca de 1 x 10º/ºK. Em outra concretização, o invólucro opticamente transparente compreende um material tendo um CTE inferior a cerca de 1 x 10º/ºK; ou um CTE inferior a cerca de 1 x 108/ºK. Por exemplo, alguns materiais exemplificativos com valores de

CTE adequados incluem, mas não são limitados a, vidro de borossili- cato a 3,2 x 108/ºK, vidro de PYREXº a 3,2 x 108/ºK, quartzo a cerca de 0,59 x 106/ºK, safira a 5,3 x 106/ºK e sílica fundida a 0,55 x 108/ºK.

[0057] Uma pessoa versada na técnica vai reconhecer que qual- quer material tendo a transmitância desejada para um comprimento de onda (ou faixa de comprimentos de onda) de luz e/ou um coeficiente de expansão térmica (CTE) predeterminado pode ser usado. Em al- gumas concretizações, o invólucro opticamente transparente compre- ende vidro, quartzo, quartzo fundido, vidro de aluminossilicato, vidro de aluminossilicato de lítio, safira ou suas combinações.

[0058] Em uma concretização, o invólucro opticamente transparen- te da célula reatora é opticamente transparente em todos os lados do invólucro. Mas, uma pessoa versada na técnica vai entender que, em uma concretização, o invólucro opticamente transparente pode não ser opticamente transparente em todos os lados do invólucro. Por exem- plo, a cavidade externa do invólucro opticamente transparente pode compreender uma superfície reflexiva voltada para a cavidade central (que pode ser opticamente transparente).

[0059] As células reatoras da invenção também requerem um ou mais fotocatalisadores plasmônicos acoplados a um material plasmô- nico, tal como por meio de um acoplamento físico, eletrônico, térmico ou óptico. Sem querer estar ligado à teoria, acredita-se que o material plasmônico aja como uma antena óptica, capaz de absorver luz devido à interação única de luz com materiais plasmônicos e, por conseguin- te, gera um forte campo elétrico no e próximo do material plasmônico (isto é, em consequência da oscilação coletiva de elétrons dentro do material plasmônico). O forte campo elétrico no ou próximo do material plasmônico propicia acoplamento entre o catalisador e o material plasmônico, mesmo quando o catalisador e o material plasmônico es- tão separados por distâncias de até cerca de 20 nm ou mais.

[0060] Em geral, o material plasmônico pode ser qualquer metal, liga metálica, elemento metaloide ou liga deles. Em algumas concreti- zações, o material plasmônico da invenção é selecionado de ouro, liga de ouro, prata, liga de prata, cobre, liga de cobre, alumínio ou liga de alumínio. Na presente descrição, o termo "ligas" é tencionado para co- brir qualquer possível combinação de metais. Por exemplo, as ligas podem ser ligas binárias, tais como AuAg, AuPd, AgPd, AuCu, AgCu, etc., ou podem ser ligas ternárias ou ainda ligas quaternárias.

[0061] Em algumas concretizações, o material plasmônico da in- venção compreende uma capa de óxido circundando um núcleo não oxidado. Em uma ou mais concretizações, a capa de óxido pode ser uma capa de óxido natural / nativo, que se forma por exposição do me- tal ou de sua liga a ar ou água. Por exemplo, um material plasmônico de cobre pode possuir uma capa de óxido de cobre (por exemplo, CuO ou CuzO circundando um núcleo de cobre, ou um material plasmônico de alumínio pode possuir uma capa de óxido de alumínio circundando um núcleo de alumínio. Em algumas concretizações, a capa de óxido pode ser, pelo menos parcialmente, produzida artificialmente, tal como por aumento artificial da espessura de uma capa de óxido natural / na- tivo por métodos químicos adequados, ou por síntese química ou de outro modo por deposição de um material de óxido em torno de um material plasmônico pré-formado. Em algumas concretizações, a capa de óxido pode ter uma espessura de até cerca de 30 nm, ou até cerca de 25 nm, ou até cerca de 15 nm. Em algumas concretizações, a capa de óxido pode ter uma espessura de pelo menos cerca de 0,5 nm, ou pelo menos 1 nm, ou pelo menos 1,5 nm. Em algumas concretizações, a capa de óxido tem uma espessura variando de cerca de 0,1 nm a cerca de 5 nm; ou de cerca de 0,1 nm a cerca de 30 nm; ou de cerca de 1 nm a cerca de 5 nm; ou de cerca de 1 nm a cerca de 30 nm.

[0062] Uma pessoa versada na técnica vai reconhecer que o ta-

manho, a forma e a estrutura química do material plasmônico vão afe- tar a absorção de um ou mais comprimentos de onda selecionados. Desse modo, o ou os materiais plasmônicos podem ser projetados pa- ra maximizar a absorção de um comprimento de onda selecionado (ou um conjunto ou uma faixa de comprimento de ondas selecionados), tal como por reconhecimento do comprimento de onda selecionado, po- rém com o material absorvendo relativamente menos de outros com- primentos de ondas não selecionados. Em outro exemplo, o material plasmônico da invenção pode ser projetado para catalisar uma reação química desejada. Desse modo, em algumas concretizações, o mate- rial plasmônico pode ter uma frequência de ressonância plasmônica, ou um máximo de absorção óptica, na região do ultravioleta ao infra- vermelho do espectro eletromagnético. Em algumas concretizações, o material plasmônico tem uma frequência de ressonância plasmônica no espectro de luz visível (tal como a um comprimento de onda vari- ando de cerca de 380 nm a cerca de 760 nm).

[0063] Em geral, o material catalítico acoplado ao material plas- mônico pode ser qualquer composto capaz de catalisar uma reação desejada (por exemplo, mesmo se não estiver acoplado a um material plasmônico). Por exemplo, o catalisador pode ser capaz de promover reações químicas oxidantes e redutoras, reações de remediação de poluição aquosa ou aérea, decomposições de NOx e NO, catalisar re- ações de hidrogenação tal como hidrogenação de acetileno, conver- são de dióxido de carbono em monóxido de carbono por meio de rea- ção de troca de água - gás inversa (que pode ser associada a uma hi- drogenação para criar hidrocarbonetos usando a síntese de Fisher- Tropsch) e reação química de ativação de nitrogênio incluindo a sínte- se de amônia. Em algumas concretizações, o catalisador da invenção pode ser qualquer elemento metálico ou metaloide, e qualquer liga, óxido, fosfeto, nitreto ou suas combinações dos ditos elementos. Por exemplo, o catalisador da invenção pode compreender paládio, plati- na, rutênio, ródio, níquel, ferro, cobre, cobalto, irídio, ósmio, titânio, va- nádio, índio cataliticamente ativos ou quaisquer combinações deles. O catalisador da invenção pode compreender qualquer liga, óxido, fosfe- to ou nitreto de paládio, platina, rutênio, ródio, níquel, ferro, cobre, co- balto, irídio, ósmio, titânio, vanádio ou índio cataliticamente ativo. Em algumas concretizações, o catalisador da invenção compreende ferro ou cobre cataliticamente ativo. Em algumas concretizações, o catali- sador da invenção pode ser nanopartículas intermetálicas, nanopartií- culas de núcleo e capa ou nanopartículas semicondutoras (por exem- plo, Cu2zO).

[0064] Em algumas concretizações, o catalisador pode ser preso fisicamente no material plasmônico, enquanto que, em outras concreti- zações, o catalisador pode ser separado por uma pequena distância do material plasmônico (mas ainda acoplado a ele, tal como por meio de um acoplamento físico, eletrônico, térmico ou óptico). A separação pode ser por um espaço vazio (isto é, uma separação física distinta) Ou a separação pode ser estabelecida pela camada fina de óxido dis- cutida acima. Por exemplo, o material plasmônico e o catalisador po- dem ser separados por uma pequena distância quando são prepara- dos por meio de métodos litográficos, para que tenham uma separa- ção física distinta. Em uma ou mais concretizações, a pequena sepa- ração pode ser uma distância de até cerca de 30 nm, ou até cerca de nm ou até cerca de 15 nm. Em algumas concretizações, a separa- ção pode ser pelo menos cerca de 0,5 nm, ou pelo menos 2 nm, ou pelo menos 5 nm, ou pelo menos 10 nm. Em algumas concretizações, um ou mais catalisadores podem ser fisicamente presos na superfície de um único material plasmônico, o que pode aumentar a área superfi- cial disponível para reações. Em algumas concretizações, o catalisa- dor pode formar uma capa, que circunda o material plasmônico.

[0065] Os fotocatalisadores plasmônicos podem ter um diâmetro variando de cerca de 5 nm a cerca de 300 nm. Em algumas concreti- zações, o fotocatalisador plasmônico da invenção pode ter um diâme- tro variando de cerca de 10 nm a cerca de 300 nm; ou de cerca de 50 nm a cerca de 300 nm; ou de cerca de 80 nm a cerca de 300 nm; ou de cerca de 100 nm a cerca de 300 nm, ou de cerca de 5 nm a cerca de 250 nm; cerca de 10 nm a cerca de 250 nm; ou de cerca de 50 nm a cerca de 250 nm; ou de cerca de 80 nm a cerca de 250 nm; ou de cerca de 100 nm a cerca de 250 nm; ou de cerca de 5 nm a cerca de 200 nm; cerca de 10 nm a cerca de 200 nm; ou de cerca de 50 nm a cerca de 200 nm, ou de cerca de 80 nm a cerca de 200 nm; ou de cer- ca de 100 nm a cerca de 200 nm, ou de cerca de 80 nm a cerca de 200 nm.

[0066] As células reatoras, de acordo com pelo menos algumas concretizações, também incluem um ou mais fotocatalisadores plas- mônicos dispersos em um suporte de catalisador. Do mesmo modo que com o invólucro, em algumas concretizações, o suporte de catali- sador tem uma baixa absorbância, e, em particular, uma baixa absor- bância suficiente (para o comprimento de onda ou faixa de comprimen- tos de onda de radiação particular), de modo que os reagentes sejam expostos a uma quantidade de radiação suficiente para resultar no efeito catalítico desejado para a geometria da célula reatora particular em uso.

[0067] Uma pessoa versada na técnica vai reconhecer que qual- quer material, tendo a absorbância ou transmitância desejada para um comprimento de onda (ou um conjunto ou uma faixa de comprimentos de onda) de luz predeterminado, pode ser usado para o suporte de catalisador. Em algumas concretizações, o suporte de catalisador da invenção compreende sílica, quartzo, quartzo fundido, vidro, vidro de borossilicato, vidro de aluminossilicato, vidro de aluminossilicato de lítio, safira, diamante ou suas combinações. O suporte de catalisador pode ser em qualquer forma conhecida na técnica, tal como na forma de contas, contas microporosas, fibras, esferas, pelotas, cilindros (ocos ou outros), favos de mel, ou lóbulos quádruplos em triplicata si- métricos ou assimétricos (por exemplo, usando métodos de extrusão ou produção de tabletes). Por exemplo, a Figura 6 ilustra uma vista em seção transversal do suporte de catalisador na forma de conta. Em algumas concretizações, o suporte de catalisador da invenção pode ser um aerogel. Os aerogéis adequados incluem, mas não são limita- dos a, aerogel de dióxido de silício, aerogel de óxido de alumínio, ae- rogel de dióxido de titânio, aerogel de dióxido de zircônio, aerogel de óxido de hólmio, aerogel de óxido de samário, aerogel de óxido de ér- bio, aerogel de óxido de neodímio (Ill) ou uma combinação deles. Em algumas concretizações, o suporte de catalisador da invenção é um aerogel de dióxido de silício. Uma pessoa versada na técnica vai reco- nhecer que quando o suporte é um aerogel, o fotocatalisador plasmô- nico pode ser disperso pelo aerogel (por exemplo, o fotocatalisador plasmônico pode ser embutido no aerogel). Em algumas concretiza- ções, o suporte de catalisador da invenção pode ser óxido de alumínio transparente (tal como óxido de alumínio em fase a ou óxido de alumí- nio em fase y).

[0068] O fotocatalisador plasmônico pode estar presente no supor- te de catalisador em qualquer proporção adequada para o uso deseja- do. Por exemplo, o fotocatalisador plasmônico pode estar presente no suporte de catalisador em uma proporção entre cerca de 0,01% em peso e cerca de 30% em peso; ou cerca de 0,01% em peso e cerca de 80% em peso; ou cerca de 10% em peso e cerca de 80% em peso; ou cerca de 0,01% em peso e cerca de 70% em peso; ou cerca de 10% em peso e cerca de 70% em peso. Em algumas concretizações, o fo- tocatalisador plasmônico pode estar presente no suporte de catalisa-

dor em uma proporção entre cerca de 0,01% em volume e cerca de 30% em volume; ou cerca de 0,01 % em volume e cerca de 20% em volume; ou cerca de 10% em volume e cerca de 20% em volume; ou cerca de 10% em volume e cerca de 50% em volume; ou cerca de 0,01% em volume e cerca de 70% em volume; ou cerca de 10% em volume e cerca de 70% em volume.

[0069] Em algumas concretizações, o fotocatalisador plasmônico pode estar presente no suporte de catalisador como um revestimento fino na superfície externa do suporte (por exemplo, como uma ou mais camadas). Em uma ou mais concretizações, a camada de fotocatali- sador plasmônico, que é revestida no suporte, pode ser até de cerca de 30 nm, ou até cerca de 25 nm, ou até cerca de 15 nm; ou pelo me- nos cerca de 0,5 nm, ou pelo menos cerca de 2 nm, ou pelo menos cerca de 5 nm, ou pelo menos 10 nm; ou entre cerca de 5 nm e cerca de 300 nm; ou cerca de 10 nm a cerca de 300 nm, ou cerca de 80 nm a cerca de 300 nm; ou cerca de 100 nm a cerca de 300 nm; ou cerca de 5 nm a cerca de 200 nm, cerca de 10 nm a cerca de 200 nm; ou cerca de 50 nm a cerca de 200 nm; ou cerca de 80 nm a cerca de 200 nm; ou cerca de 100 nm a cerca de 200 nm; ou cerca de 80 nm a cer- ca de 200 nm; ou cerca de 5 nm a cerca de 100 nm; cerca de 10 nm a cerca de 100 nm; ou cerca de 50 nm a cerca de 100 nm; ou cerca de nm a cerca de 50 nm; ou cerca de 1 nm a cerca de 50 nm.

[0070] Em algumas concretizações, a célula reatora compreende um fotocatalisador plasmônico no suporte de catalisador, disposto den- tro do invólucro (por exemplo, um tipo de fotocatalisador plasmônico suportado vai ser disposto dentro do invólucro). Em algumas concreti- zações, a célula reatora compreende dois ou mais fotocatalisadores plasmônicos dispostos dentro do invólucro (por exemplo, dois ou mais diferentes fotocatalisadores plasmônicos suportados vão ser dispostos dentro do invólucro). Dois ou mais fotocatalisadores plasmônicos no suporte de catalisador podem ser proporcionados, misturados ou em camadas distintas. Por exemplo, cada camada vai ter um tipo de foto- catalisador plasmônico suportado tendo uma frequência de ressonân- cia plasmônica desejada e/ou um diâmetro desejado. Em um exemplo não limitante, uma camada vai absorver uma faixa de comprimentos de onda desejada relativa a outros comprimentos de onda, a camada seguinte vai absorver outra faixa de comprimentos de onda, e a cama- da final (por exemplo, uma camada intermediária) vai absorver outros comprimentos de onda, tais como os comprimentos de onda fora da primeira e da segunda faixas de comprimentos de onda.

[0071] Em geral, a célula reatora é projetada para propiciar ilumi- nação dos fotocatalisadores plasmônicos com uma fonte de luz. Uma concretização da célula reatora da invenção é mostrada em uma vista em seção transversal na Figura 1h. Os mesmos elementos de células reatoras 100 são também mostrados em uma vista detalhada na Figu- ra 1B. Nesse caso, uma célula reatora 100 é mostrada compreenden- do um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador 120, disposto dentro de um invólucro opticamente transparente 110. A célu- la reatora 100 pode compreender ainda as conexões 160, configura- das para prender a célula em pelo menos um canal de transferência para pelo menos uma entrada de reagente 130 e pelo menos uma saí- da de reformado 140. A célula reatora 100 pode compreender ainda um ou mais elementos de suporte de recheio 150, configurados para reter o catalisador dentro do invólucro opticamente transparente 110.

[0072] O tamanho e a forma do invólucro da célula reatora podem ser adaptados para satisfazer as necessidades desejadas. Em algu- mas concretizações, o invólucro tem um diâmetro interno variando de cerca de 0,2 cm a cerca de 10 cm; ou cerca de 0,5 cm a cerca de 3 cm. Em algumas concretizações, o invólucro tem um comprimento va- riando de cerca de 10 cm a cerca de 2 m; ou cerca de 50 cm a cerca de 1 m; O invólucro da célula reatora pode ter, por exemplo, uma se- ção transversal circular ou uma seção transversal poligonal.

[0073] Como mencionado acima, a célula reatora pode compreen- der ainda uma ou mais conexões (tais como as conexões 160 nas Fi- guras 1A - 1B), configuradas para prender a célula reatora em pelo menos um canal de transferência, para transferir o pelo menos um re- agente para o invólucro ou pelo menos um reformado do invólucro. Por exemplo, as conexões podem compreender uma primeira conexão, acoplada à entrada de reagente, e uma segunda conexão, acoplada à saída de reformado. As conexões da invenção podem compreender aço de baixa liga, aço de alta liga, ligas de cromo, ligas de níquel, plás- ticos, vidro, vidro de borossilicato, quartzo, quartzo fundido, vidro de aluminossilicato, vidro de aluminossilicato de lítio ou suas combina- ções. Dependendo da necessidade, as conexões da invenção podem compreender ainda um anel em O ou outro mecanismo selante. Outros materiais de conexões e/ou mecanismos de selagem são também possíveis, e são tencionados para ficarem dentro do âmbito da presen- te invenção.

[0074] A célula reatora pode compreender ainda um ou mais ele- mentos de suporte de recheio (tais como os elementos de suporte de recheio 150 nas Figuras 1A - 1B), configurados para reter o catalisador dentro do invólucro. Em algumas concretizações, os elementos de su- porte de recheio são proporcionados na extremidade de entrada e na extremidade de saída da célula reatora. Em algumas concretizações, os elementos de suporte de recheio são proporcionados na extremida- de de entrada, e espaçados pela célula reatora. Materiais convencio- nais para uso como um suporte de recheio podem ser usados, tais como, por exemplo, malha metálica, contas de vidro (tem um diâmetro maior do que aquele do suporte), lã de vidro, monólito, polímero ou elastômero.

[0075] Em algumas concretizações, o invólucro opticamente trans- parente compreende ainda uma cavidade externa e uma cavidade central disposta coaxialmente com a cavidade externa, em que a cavi- dade externa contém o fotocatalisador plasmônico no suporte de cata- lisador, e a cavidade central é configurada para receber uma fonte de luz ou um item de controle térmico. Em algumas concretizações, a fon- te de luz é disposta dentro da cavidade central do invólucro opticamen- te transparente. Qualquer fonte de luz adequada pode ser usada, tal como, mas não limitada a, um LED, uma lâmpada de halogeneto me- tálico, uma lâmpada de sódio de alta pressão, uma lâmpada de xenô- nio, uma lâmpada incandescente, uma lâmpada fluorescente, uma lâmpada de halogênio, HID, laser ou uma combinação deles. Luz natu- ral, tal como luz solar, também pode ser direcionada para a cavidade central para servir como a fonte de luz. Em algumas concretizações, o item de controle térmico é disposto dentro da cavidade central do invó- lucro opticamente transparente. Qualquer item de controle térmico co- nhecido na técnica pode ser usado. Por exemplo, o item de controle térmico pode incluir uma entrada de fluido, acoplada a uma primeira extremidade da cavidade central, e uma saída de fluido, acoplada a uma segunda extremidade da cavidade central, de modo que o fluido possa escoar pela célula reatora para incorporar ou remover calor da célula reatora; ou o item de controle térmico pode compreender uma haste metálica ou fios metálicos configurados para condução de calor.

[0076] Em uma concretização alternativa, nem o alojamento do sistema reator nem o invólucro de cada célula reatora precisam ser opticamente transparentes. Nessa concretização alternativa, o sistema reator compreende um alojamento e várias células reatoras, cada uma delas tendo a sua própria fonte de luz. Uma vez que, nessa concreti- zação, cada célula reatora tem a sua própria fonte de luz, o invólucro de cada célula reatora não precisa ser opticamente transparente, e pode ser diferentemente reflexivo, para refletir a luz da fonte de luz de volta para o interior do invólucro. Cada célula reatora também pode incluir uma entrada e uma saída, e cada célula reatora inclui pelo me- nos um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador, dis- posto dentro do invólucro, em que o fotocatalisador plasmônico com- preende um catalisador acoplado a um material plasmônico. O sistema reator pode incluir ainda um distribuidor, para distribuir pelo menos um reagente nas várias células reatoras pela entrada de cada célula reato- ra, e um acumulador para acumular pelo menos um reformado das vá- rias células reatoras pela saída de cada célula reatora.

[0077] Outro aspecto proporciona métodos para usar os sistemas reatores para transformar os reagentes. Especificamente, a invenção proporciona métodos para transformar pelo menos um reagente em pelo menos um reformado, o método compreendendo: adicionar pelo menos um reagente em um sistema reator da invenção; e iluminar, pe- la pelo menos uma fonte de luz, um interior do sistema reator e/ou da ou das células reatoras.

[0078] Em uma concretização alternativa dos métodos da inven- ção, a iluminação é de uma fonte de luz externa ao sistema reator.

[0079] Em algumas concretizações do método, nenhum aqueci- mento externo (por exemplo, de uma fonte de aquecimento dedicada) é aplicado. Em algumas concretizações, os métodos compreendem ainda aquecimento externo da célula reatora. O aquecimento externo pode ser executado por meio do item de controle térmico, como des- crito acima, ou por meio de outra técnica de aquecimento.

[0080] Os métodos representativos da invenção incluem, mas não são limitados a, oxidação e reações de remediação de poluição aquo- sa ou aérea, decomposições de NOx e N2O, hidrogenação tal como hidrogenação de acetileno, conversão de dióxido de carbono, e ativa- ção de nitrogênio incluindo a síntese de amônia. Algumas das trans-

formações químicas representativas incluem: CHa + HO — H2+ CO CHa+ CO? — Ho+ CO H20 + CO — H2+ CO, CO2 + Hr» CO +HO CO? + Hr» CHa + HO N20 — N2+ O, CaHa + Ha —> CoHa H2 + N2 > NH; CO2 + Hr» CHaOH + HO

[0081] Desse modo, em algumas concretizações, os reagentes são metano e água; ou os reagentes são metano e dióxido de carbo- no; ou os reagentes são monóxido de carbono e água; ou os reagen- tes são dióxido de carbono e hidrogênio gasoso; ou o reagente é óxido nitroso; ou os reagentes são acetileno e hidrogênio gasoso; ou os rea- gentes são hidrogênio gasoso e nitrogênio gasoso; ou os reagentes são dióxido de carbono e hidrogênio gasoso.

[0082] Os métodos da invenção podem ser executados a qualquer temperatura adequada. Por exemplo, em algumas concretizações, os métodos da invenção são executados a uma temperatura variando de cerca de 100ºC a cerca de 300ºC, ou cerca de 100ºC a cerca de 250ºC; ou cerca de 100ºC a cerca de 200ºC; ou cerca de 150ºC a cer- ca de 300ºC; ou cerca de 150ºC a cerca de 250ºC; ou cerca de 150ºC a cerca de 200ºC; ou cerca de 200ºC a cerca de 300ºC; ou cerca de 200ºC a cerca de 250ºC; ou cerca de 180ºC a cerca de 220ºC; ou cer- ca de 190ºC a cerca de 210ºC; ou cerca de 20ºC a cerca de 300ºC; ou cerca de 20ºC a cerca de 250ºC; ou cerca de 20ºC a cerca de 200ºC; ou cerca de 20ºC a cerca de 150ºC; ou cerca de 20ºC a cerca de 100ºC;.

[0083] Os métodos da invenção podem ser executados a qualquer pressão adequada. Por exemplo, em algumas concretizações, os mé- todos da invenção são executados a uma pressão variando de cerca de 96,5 kPa (14 psi) a cerca de 2.068,4 kPa (300 psi), ou cerca de 96,5 kPa (14 psi) a cerca de 1.378,9 kPa (200 psi), ou cerca de 96,5 kPa (14 psi) a cerca de 689,5 kPa (100 psi), ou cerca de 96,5 kPa (14 psi) cerca de 344,7 kPa (50 psi), ou cerca de 689,5 kPa (100 psi) a cerca de 2.068,4 kPa (300 psi), ou cerca de 689,5 kPa (100 psi) a cer- ca de 1.378,9 kPa (200 psi).

[0084] Nos métodos da invenção, os reagentes podem ser intro- duzidos no sistema reator a qualquer temperatura adequada. Em al- gumas concretizações, o reagente tem uma temperatura variando de cerca de 200ºC a cerca de 300ºC; ou cerca de 200ºC a cerca de 270ºC, ou cerca de 200ºC a cerca de 250ºC, ou cerca de 230ºC a cer- ca de 270ºC, quando introduzido na célula reatora.

[0085] Deve-se entender que os exemplos e as concretizações descritas são apenas para fins ilustrativos e que várias modificações ou mudanças, à luz delas, vão ser sugeridas por pessoas versadas na técnica e que vão ser incorporadas dentro do espírito e da amplitude deste pedido de patente e do âmbito das reivindicações anexadas. Todas as publicações, as patentes e os pedidos de patentes mencio- nados no presente relatório descritivo são assim incorporados no pre- sente relatório descritivo por referência para todos os fins.

Claims (22)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema reator (200), caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (230); e pelo menos uma célula reatora (100) disposta dentro do alojamento (230); a pelo menos uma célula reatora (100) compreen- dendo um invólucro e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador (120), disposto dentro do pelo menos um invólucro, em que o invólucro é opticamente transparente e compreende pelo menos uma entrada, para um reagente entrar em pelo menos uma célula, e pelo menos uma saída, para que um reformado saia da pelo menos uma célula; e pelo menos uma fonte de luz (220), em que, por aplicação da pelo menos uma fonte de luz (220), a célula reatora (100) é configu- rada para transformar o reagente no reformado.

2. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (220) é alongada e disposta coaxialmente ao longo de um eixo longo central (255) do alojamento (230).

3. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (220) é disposta coaxialmente dentro do alojamento (230), e a pelo menos uma célula reatora (100) compreende várias células reatoras (100) cir- cundando a pelo menos uma fonte de luz (220).

4. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (220) compreende pelo menos uma fonte de luz (220) selecionada do grupo consistindo em um LED, uma lâmpada de halogeneto metálico, uma lâmpada de sódio de alta pressão, uma lâmpada de xenônio, uma lâmpada incandescente, uma lâmpada fluorescente, uma lâmpada de halogênio, uma lâmpada HID e um laser.

5. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das várias células reatoras (100) compreende um invólucro, tendo uma cavidade externa e uma cavidade central disposta coaxialmente com a cavidade externa, em que a cavidade externa de cada célula reatora (100) contém a fonte de luz (220) no suporte de catalisador(120), e a cavidade central é confi- gurada para receber pelo menos uma de uma fonte de luz (220) ou um item de controle térmico.

6. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o item de controle térmico (250) é pelo menos uma de uma haste metálica, fios metálicos ou um sistema de controle térmico de fluido, e em que o sistema de controle térmico de fluido inclui: (a) uma entrada de fluido acoplada a uma primeira extre- midade da cavidade central de cada célula reatora (100); e (b) uma saída de fluido acoplada a uma segunda extremidade da cavidade central de cada célula reatora (100), de modo que um fluido alimenta- do possa escoar por cada uma das várias células reatoras (100) para modificar uma temperatura do sistema reator.

7. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um distribuidor de fluido de reator conectado a pelo menos uma entrada de cada célula reatora (100); e um acumulador de fluido conectado a pelo menos uma saí- da de cada célula reatora (100).

8. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma ou mais cone- xões (160, 240) para acoplar a pelo menos uma célula a pelo menos um canal de transferência, para transferir o pelo menos um reagente ao, ou o pelo menos um reformado do, invólucro da pelo menos uma célula.

9. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um reagente é em forma de fluido.

10. Sistema reator (200), caracterizado pelo fato de que compreende: um concentrador solar; e uma célula reatora fotocatalítica (100), posicionada relativa ao concentrador solar, para aumentar uma incidência de radiação ele- tromagnética na célula reatora fotocatalítica (100).

11. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o concentrador solar compreende um refletor ou um refrator.

12. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o concentrador solar compreende uma lente de Fresnel, e em que a célula reatora fotocatalítica (100) é posi- cionada em um ponto focal da lente de Fresnel.

13. Sistema reator (200), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda vários concentrado- res solares e várias células reatoras fotocatalíticas (100), relativas aos vários concentradores solares, para aumentar a incidência de radiação eletromagnética em cada uma das células reatoras fotocatalíticas (100).

14. Método para transformar pelo menos um reagente em pelo menos um reformado, caracterizado pelo fato de que o método compreende: distribuir pelo menos um reagente em várias células reato- ras (100) dispostas dentro de um alojamento (230), em que cada célu- la reatora compreende um invólucro opticamente transparente e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador (120), dis-

posto dentro do invólucro opticamente transparente; iluminar, por meio de pelo menos uma fonte de luz (220), um interior do alojamento (230) para fazer com que as várias células reatoras (100) transformem pelo menos um reagente em pelo menos um reformado; e acumular o pelo menos um reformado das várias células reatoras (100).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que o alojamento (230) compreende uma superfície interna reflexiva, e em que o método compreende ainda refletir luz da pelo menos uma fonte de luz (220) da superfície interna reflexiva do alojamento (230) e para as várias células reatoras (100).

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que o invólucro opticamente transparente de cada uma das várias células reatoras (100) compreende uma cavidade ex- terna e uma cavidade central disposta coaxialmente com a cavidade externa, em que a cavidade externa de cada célula reatora (100) con- tém o fotocatalisador plasmônico no suporte de catalisador (120) e a cavidade central de cada célula reatora (100) contém uma fonte de luz (220), e em que a iluminação é da fonte de luz (220) contida na cavi- dade central de cada uma das várias células reatoras (100).

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que o invólucro opticamente transparente de cada uma das várias células reatoras (100) compreende uma cavidade ex- terna e uma cavidade central disposta coaxialmente com a cavidade externa, em que a cavidade externa de cada célula reatora (100) con- tém o fotocatalisador plasmônico no suporte de catalisador (120) e a cavidade central de cada célula reatora (100) contém um item de con- trole térmico, e em que o método compreende ainda aquecimento, por meio do item de controle térmico (250) em cada uma das várias célu-

las reatoras (100), das várias células reatoras (100) para auxiliar na transformação do pelo menos um reagente no pelo menos um refor- mado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracteri- zado pelo fato de que no aquecimento, o item de controle térmico, em cada uma das várias células reatoras (100), compreende fornecer flui- do de uma entrada de fluido, acoplada em uma primeira extremidade da cavidade central de cada uma das várias células reatoras (100) ao fluido externo acoplado, a uma segunda extremidade da cavidade cen- tral de cada uma das várias células reatoras (100), de modo que o flui- do aqueça cada uma das várias células reatoras (100).

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que compreende ainda aquecer as várias células reatoras (100) por meio do pelo menos um reagente ao reagir com o fotocatalisador plasmônico em cada uma das várias células reatoras (100).

20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri- zado pelo fato de que a pelo menos uma fonte de luz (220) inclui uma fonte de luz (220) externa ao alojamento (230), em que o alojamento (230) é pelo menos parcialmente opticamente transparente, e em que a iluminação do interior do alojamento (230) inclui direcionar a radia- ção eletromagnética da fonte de luz (220) pelo alojamento (230) e para as várias células reatoras fotocatalíticas (100).

21. Sistema reator, caracterizado pelo fato de que com- preende: um alojamento (230); várias células reatoras (100) dispostas dentro do alojamen- to (230), cada célula reatora (100) compreendendo: um invólucro tendo uma superfície interna reflexiva; uma entrada;

uma saída; e uma fonte de luz (220); e pelo menos um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador (120) disposto dentro do invólucro, em que o fotocatali- sador plasmônico compreende um catalisador acoplado a um material plasmônico; um distribuidor para distribuir pelo menos um reagente em várias células reatoras (100) por meio da entrada de cada célula reato- ra (100); e um acumulador para acumular pelo menos um reformado das várias células reatoras (100) por meio da saída de cada célula rea- tora (100).

22. Sistema reator, caracterizado pelo fato de que com- preende: um alojamento (230); e pelo menos uma célula reatora (100) disposta dentro de um interior do alojamento (230), a pelo menos uma célula reatora (100) compreendendo um invólucro e um fotocatalisador plasmônico em um suporte de catalisador (120) disposto dentro de pelo menos um invólu- cro, em que o invólucro é opticamente transparente e compreende pe- lo menos uma entrada para um reagente entrar na pelo menos uma célula e pelo menos uma saída para uma reformatação sair da pelo menos uma célula; em que a célula reatora (230) é configurada, mediante apli- cação de pelo menos uma fonte de luz (220), para transformar o rea- gente no reformado.