EP4168153A1 - Use of a sintered porous ceramic part for treating air - Google Patents

Use of a sintered porous ceramic part for treating air

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Publication number
EP4168153A1
EP4168153A1 EP21733121.4A EP21733121A EP4168153A1 EP 4168153 A1 EP4168153 A1 EP 4168153A1 EP 21733121 A EP21733121 A EP 21733121A EP 4168153 A1 EP4168153 A1 EP 4168153A1
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EP
European Patent Office
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less
ceramic part
ceramic
air
porosity
Prior art date
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Pending
Application number
EP21733121.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Nicolas Raffin
Adrien Vincent
Yves Boussant-Roux
Laurent Pierrot
Vincent Gleize
Stéphane RAFFY
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Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Filing date
Publication date
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    • B01D39/2093Ceramic foam
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    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes

Definitions

  • the present invention relates to the use of a sintered porous ceramic part, in particular of a sintered ceramic foam, for treating, and in particular decontaminating, air, in particular the air of closed living spaces (homes, offices , vehicle interiors, ).
  • Air quality is an important subject in the field of public health.
  • the air can contain human pathogens transmissible by the respiratory route, or "pathogens". These pathogens can cause pathology in a human being, in particular in the respiratory tract.
  • viruses bacteria and fungi which can be transmitted by air.
  • Mention may be made of the Influenza viruses and the coronaviruses, in particular SARS, SARS-CoV-2.
  • SARS coronavirus
  • SARS-CoV-2 coronaviruses
  • These pathogens can be attached to suspended particles which, depending on their size, can enter gas exchange regions of the lungs, or even pass through the lungs to affect other organs.
  • Filtration with a fiber filter is widely used to retain particles in suspension because such a filter generally presents a good compromise between filtration efficiency and energy consumption.
  • Collective or individual protection systems or industrial dust collectors are composed of non-woven fibrous media, that is to say of a veil or sheet of fibers oriented directly or at random and linked by friction, cohesion or adhesion. . These systems must be regularly renewed.
  • the air can also contain pollutants.
  • Typical air pollutants in homes and workplaces can include, for example, particulate matter, nitrogen oxides (NOx) or sulfur oxides (SOx), organic compounds including formaldehyde and volatile organic compounds similar (VOCs).
  • NOx nitrogen oxides
  • SOx sulfur oxides
  • VOCs volatile organic compounds similar
  • Activated carbon is widely used for the treatment of molecules by adsorption. Its mechanical resistance is limited. In addition, it needs to be replaced regularly.
  • Fiber filter filtration is also widely used to separate airborne pollutant particles.
  • US10188975 finally describes the use of "honeycomb” type cordierite filters to remove particulate pollutants, optionally coated with a sorbent and / or a catalyst to remove VOCs. Tests have shown that “honeycomb” type filters cause a high pressure drop.
  • ceramic membranes Due to their very good chemical and mechanical resistance and their ability to work at high temperature, ceramic membranes can also be used as filters to clean up hot polluted gases.
  • An aim of the invention is to meet, at least partially, this need.
  • the invention relates to an air treatment apparatus, in particular air at ambient temperature (20 ° C), the treatment apparatus comprising a sintered ceramic part having a total porosity greater than 40%, preferably greater than 50. %, preferably greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70% and preferably less than 90%, or even less than 85%, or even less than 80%, preferably between 55% and 85%.
  • At least part of the surface defined by the porous network is coated with a coating for inactivating one or more pathogenic agents, and / or a catalytic coating suitable for a reaction of at least one pollutant. atmospheric.
  • the ceramic part also has the advantage of being able to be cleaned and / or purified in order to be reused. It therefore generates little waste.
  • the treatment apparatus comprises a pressure drop detector and an electronic unit, programmed to trigger or inform on the need for a cleaning and / or purification operation as a function of information received from the loss detector. dump. More preferably, it comprises a cleaning and / or purification tool, preferably controlled by the electronic unit as a function of the information received from the pressure drop detector. Maintenance is considerably simplified.
  • the processing apparatus comprises a computer memory in which is recorded information relating to the ceramic part, preferably an identifier of the ceramic part and / or at least one photo representing, at least partially, the part. ceramic at a determined time, preferably before the first use of the ceramic part.
  • the ceramic part also has one or more of the following characteristics:
  • the median size of the pores is between 1 and 400 ⁇ m; as will be seen in more detail in the remainder of the description, such a total porosity offers a micro structure perfectly suited to the treatment of pathogens and pollutants;
  • the ceramic part consists, for more than 90%, more than 95%, more than 99%, preferably substantially 100% of its mass, of a ceramic material, preferably of silicon carbide, preferably of silicon carbide recrystallized;
  • the ceramic part comprises more than 80% by mass of recrystallized silicon carbide, the intergranular porosity preferably being greater than or equal to 5% and less than 25%, preferably greater than or equal to 10% and less than 20%;
  • the median size of the pores is greater than 1 ⁇ m, or even greater than 5 ⁇ m, greater than 7 ⁇ m, or even greater than 10 ⁇ m, or even greater than 20 ⁇ m, or even greater than 30 ⁇ m , or even greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m, preferably greater than 60 ⁇ m, preferably greater than 70 ⁇ m and / or less than 400 ⁇ m, or even less than 300 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 160 ⁇ m pm, or even less than 150 pm, or even less than 145 pm, less than 140 pm, less than 130 pm, preferably less than 120 pm;
  • the D90 percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in ascending order, measured by mercury porosimetry is less than 250 ⁇ m, preferably less than 220 ⁇ m, preferably less than 200 ⁇ m, preferably less than 180 mih, and / or greater than 50 ⁇ m, preferably greater than 60 ⁇ m, preferably greater than 70 ⁇ m, preferably greater than 80 ⁇ m;
  • the pores of size greater than 300 ⁇ m represent less than 10% by volume, or even less than 5% by volume, of the total porosity
  • the Dio percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in increasing order, measured by mercury porosimetry, is preferably greater than 5 ⁇ m, preferably greater than 8 ⁇ m;
  • the difference D90-D10 is less than 250 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 180 ⁇ m and / or greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m;
  • the (D90 - Dio) / Dso ratio is preferably less than 2, preferably less than 1.8, preferably less than 1.7, preferably less than 1.6, preferably less than 1.5, and / or greater than 0.8, preferably greater than 0.9, preferably greater than 1.0;
  • the tortuosity is greater than 1, or even greater than 1.1, or even greater than 1.2, or even greater than 1.3, or even greater than l, 4 and less than 2, or even less than 1.9, or even less than 1 , 8, or even less than 1.7, or even less than 1.6, preferably less than 1.5 and greater than 1;
  • the ceramic part comprises a surface layer having a total porosity less than 0.95 times the porosity at the center of the ceramic part, the pores of the surface layer preferably having a median size greater than 1 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, the pores of the surface layer preferably having a median size greater than 1 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, the total porosity of the surface layer preferably being greater than 30% and less than 70%, the thickness of the surface layer preferably being between 5 and 500 ⁇ m;
  • the ceramic part is formed by an agglomeration of grains, all the grains preferably having an average aspect ratio, on average over all the grains, less than 2, preferably less than 1.5, the aspect ratio conventionally being the ratio L / l where L designates the length of the grain, i.e. its largest dimension, and 1 designates the width of the grain, i.e. its largest dimension in a transverse plane any perpendicular to the length direction.
  • the treatment apparatus may be an apparatus which actively filters the air, for example an air conditioner or an air-blowing heater, in particular an electrical apparatus. It then comprises an air circulator configured to generate an air flow to be treated through the ceramic part.
  • the treatment apparatus can be used in particular for filtering the air of confined habitable spaces such as homes, offices or vehicle interiors, or public places, in particular public transport stations.
  • the treatment device can also be passive, and in particular be
  • personal protective equipment such as a mask or even a cartridge suitable for use in personal protective equipment such as a mask or
  • - a device placed in a place where it is subjected to a flow of air in a natural state, for example placed in public places, in particular public transport stations.
  • more than 95%, more than 97%, more than 98%, more than 99% of the total porosity of the ceramic part is open.
  • the ceramic part is a ceramic foam having a plurality of nested cells, delimited by ceramic walls and connected to each other by interconnection windows.
  • a cell on the surface of the ceramic foam also generally has one or more openings to the outside.
  • the pores are therefore generally accessible to the air outside the ceramic foam.
  • the microstructure is then well suited to retain particles suspended in the air, and in particular particles carrying pathogens and polluting particles.
  • the walls delimiting the cells are formed by agglomeration of grains, this agglomeration leaving interstices or “intergranular pores” between the grains.
  • An example of ceramic foam is described in EP 1 778 601.
  • the pore size distribution is bimodal. More specifically, the porosity distribution, measured with a mercury porosimeter, exhibits a first main peak centered on a first pore size and a second main peak centered on a second pore size.
  • the first pore size is considered to be the median size of the intergranular pores, and is representative of a so-called “intergranular” porosity. It is preferably less than 25 ⁇ m, even less than 20 ⁇ m and greater than 4 ⁇ m, preferably greater than 7 ⁇ m, preferably greater than 10 ⁇ m, preferably greater than 13 ⁇ m.
  • the intergranular porosity is at least 5%, preferably at least 8%, more preferably at least 10% and / or less than 25%, or even less than 20%.
  • the second pore size is considered the median cell pore size and is representative of a so-called "interconnect" porosity, constituting substantially the 100% complement of the intergranular porosity. It is preferably less than 400 ⁇ m, or even less than 300 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 180 ⁇ m, or even less than 160 ⁇ m, preferably less than 150 ⁇ m, or even less than 140 ⁇ m, preferably less than 130. ⁇ m, and preferably greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m, or even greater than 80 ⁇ m.
  • the total porosity is greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70%.
  • a ceramic foam advantageously makes it possible to filter particles whose size is up to 30 times smaller than the median pore size, which makes it possible to limit the pressure drop.
  • a ceramic foam advantageously presents an excellent compromise between the pressure drop and the filtration capacity.
  • At least a portion of the ceramic part is coated with a coating for activating one or more pathogens.
  • This coating can cover the outer surface of the porous ceramic part, or even the entire surface available in the porosity network.
  • the micro structure of the ceramic foams described above then offers a large contact surface which promotes the chemical inactivation of pathogens.
  • At least part of the ceramic part is coated with a catalytic coating catalyzing a reaction of at least one atmospheric pollutant, preferably chosen from nitrogen oxides (NOx), nitrogen oxides. sulfur (SOx) and similar volatile organic compounds (VOCs).
  • a catalytic coating catalyzing a reaction of at least one atmospheric pollutant, preferably chosen from nitrogen oxides (NOx), nitrogen oxides. sulfur (SOx) and similar volatile organic compounds (VOCs).
  • This coating can cover the exterior surface of the porous ceramic part, or even the entire surface available in the porosity network.
  • the micro structure of the ceramic foams described above then offers a large contact surface which favors the elimination of atmospheric pollutants.
  • the characteristics of the various main embodiments can be combined.
  • the invention also relates to an air treatment method, and in particular to an air decontamination method, by means of an air treatment apparatus according to the invention, the method comprising contacting the air. air with the ceramic part of the air handling unit.
  • the method comprises, after said bringing into contact, an operation of cleaning and / or purification of the ceramic part.
  • This operation can in particular be mechanical, for example by washing, chemical or thermal.
  • the method comprises the following steps: a) treating a first quantity of air by means of the air treatment apparatus according to the invention; b) cleaning and / or purification of the ceramic part of said air treatment device, then resumption of step a) to treat a second quantity of air.
  • the treated air is preferably extracted from a home, office or passenger compartment of a vehicle, for example a car, train, aircraft, truck or vehicle. 'a boat, or a closed public place.
  • decontaminate is meant to deactivate, preferably eliminate, one or more human pathogens transmissible by the respiratory route and contained in the air.
  • ceramic Any non-metallic and non-organic material is referred to as “ceramic”.
  • catalytic coating means a coating comprising or consisting of a catalyst material capable of catalyzing a chemical reaction.
  • the term “sintering” is conventionally called the consolidation by heat treatment at more than 1100 ° C, of a preform, possibly with a partial or total melting of some of its constituents (but not all of its constituents, so that the preform is not transformed into a liquid mass).
  • recrystallized silicon carbide is meant recrystallized silicon carbide by high temperature treatment of the ceramic part, and in particular of the foam. Ceramic. Recrystallization is a well-known phenomenon corresponding to a consolidation by sublimation of the smallest grains of silicon carbide then condensation to form the bond with the larger grains.
  • pores refers to all pores.
  • the pore size can, for example, be determined using a mercury porosimeter.
  • the pore size can alternatively be determined by tomography.
  • a bimodal pore size distribution has two main peaks, i.e. which have the highest peaks.
  • the pore size distribution can also be shown cumulatively, with the pore sizes listed in ascending order. Each pore size is thus associated with a percentile which corresponds, on the cumulative distribution curve, to the percentage of the volume of the porosity which consists of pores having a size smaller than said size.
  • the 50 percentile, or D50 is therefore the median size of a population of pores. This size divides, by volume, said population into two groups: a group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size less than the median size and another group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size greater than or equal to said median size.
  • the D10 and D90 percentiles of the pore population are therefore the pore sizes corresponding respectively to the percentages of 10% and 90% on the cumulative distribution curve of pore size distribution classified in ascending order.
  • the total porosity, in percentage is conventionally equal to 100 x (1 - the ratio of the geometric density divided by the absolute density).
  • the geometric density is measured according to standard ISO 5016: 1997 or EN 1094-4 and expressed in g / cm 3 . It is conventionally equal to the ratio of the mass of the sample divided by the apparent volume.
  • the absolute density value is conventionally measured by dividing the mass of a sample by the volume of this ground sample so as to substantially eliminate the porosity.
  • Open porosity the porosity attributable to all the accessible pores. Open porosity can be measured according to ISO15901-1.
  • Tortuosity is measured by nanotomography.
  • the images have a resolution suitable for binarization.
  • the use of software such as iMorph ⁇ makes it possible to obtain a three-dimensional geometric characterization and to calculate the tortuosity.
  • Tortuosity is defined as the ratio between the length of the shortest path making it possible to cross the sample in the direction of its thickness, within its porosity, and the length of the line segment joining the starting point and the point of 'finish corresponding to this route, that is to say the distance between these points.
  • FIG. 1 shows, at a first magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ;
  • FIG. 2 shows, at a second magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ;
  • FIG. 3 shows, at a third magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ;
  • Figure 4 shows schematically a ceramic part with variable porosity
  • Figure 5 shows schematically an example of an air treatment device according to the invention.
  • An air treatment apparatus may be intended for the decontamination of ambient air intended to be inhaled by a person.
  • the air is typically at a temperature between 0 ° and 30 ° C, generally between 15 ° C and 25 ° C. Its pressure is atmospheric pressure.
  • the treatment apparatus comprises a ceramic part whose shape is suitable for the intended application.
  • the forming processes by band casting, in English “tape casting", or by foaming are particularly suited to the production of preforms of complex shapes, which makes it possible to avoid / limit the machining steps.
  • the ceramic part may have the shape of a flat part, for example of a pellet, preferably having, seen from the front, a surface greater than 5 cm 2 and / or less. to 100 cm 2 , preferably less than 50 cm 2 .
  • the ceramic part according to the invention has, in particular in this embodiment:
  • - a thickness between 1 and 20 mm, preferably greater than 2 mm, or even greater than 3 mm and / or less than 15 mm, 10 mm, or 8 mm, and / or
  • the ceramic part may in particular have the shape of a flat or tubular part.
  • the ceramic part according to the invention has, in particular in this embodiment:
  • - a thickness between 2 mm and 100 mm, preferably greater than 5 mm, or even greater than 10 mm and / or less than 90 mm, 80 mm, 70 mm, and / or
  • - a length and / or a width greater than 1 cm, 5 cm, 10 cm and / or less than 100 cm, 80 cm, 50 cm, 30 cm.
  • the ceramic part is preferably removable from the treatment apparatus, in particular with a view to its cleaning and / or its purification.
  • the ceramic part is made of a sintered material.
  • the ceramic part may in particular consist of silicon carbide or cordierite or titanium oxide T1O2 or of suboxides T1O2- X where x is greater than 1 and less than 2, preferably between 1.4 and 1 , 9, preferably between 1.5 and 1.9, or of aluminum or zirconia or alumina or mullite or silica titanate or mixtures thereof.
  • the ceramic part comprises more than 80% by mass of silicon carbide (SiC), or even more than 90% of silicon carbide, or even more than 95% of silicon carbide, or even consists essentially of silicon carbide.
  • the silicon carbide can be doped with one or more elements chosen from nitrogen (N), gallium (Ga), phosphorus (P), boron (B), l aluminum (Al), beryllium (Be) and mixtures thereof.
  • the silicon carbide is recrystallized silicon carbide, in particular in alpha form.
  • the ceramic part consists, in percentage by mass on the basis of the crystallized phases, from 25 to 55% of mullite (3AI 2 O 3 -2S1O 2 ), 20 to 65% of corundum (Al 2 O 3 under alpha crystalline form), 10 to 40% zirconia (Z1 ⁇ 2), mullite, corundum and zirconia together representing more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the crystallized phases.
  • mullite 3AI 2 O 3 -2S1O 2
  • corundum Al 2 O 3 under alpha crystalline form
  • Z1 ⁇ 2 zirconia
  • mullite, corundum and zirconia together representing more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the crystallized phases.
  • the treatment apparatus 1 comprises a ceramic part 2 and a circulator 3 making it possible to circulate contaminated and / or polluted air A, preferably at a temperature below 30 ° C. , at 25 ° C and / or above 10 ° C, preferably above 15 ° C, through the ceramic part 2.
  • the apparatus may also optionally include a heat exchanger, not shown, to change the air temperature, and / or a humidifier, not shown, to change the humidity of the air.
  • the circulator can include, for example, a pump and a set of pipes. It is optional. For example, for a breathing mask, no circulator is needed, the circulation resulting from inspiration by the wearer of the mask.
  • the ceramic part has a high total porosity in order to allow passage of the filter with a reduced pressure drop.
  • the porosity must however be fine enough to provide a filtration function suitable for the particles targeted. But the ceramic part should not clog up too quickly.
  • more than 95%, more than 97%, more than 99% of the total porosity of the product is open.
  • Porous ceramic foams which have a low density (5 to 50% of the theoretical density), have proved to be remarkably well suited.
  • They can be made from the vast majority of ceramic powders, in particular alumina or silicon carbide.
  • the ceramic foams based on recrystallized silicon carbide described in EP 1 778 601 have particularly high available surfaces or, for an equivalent available surface area, a lower density. Recrystallized silicon carbide is particularly advantageous because it makes it possible to obtain parts having a specific microstructure. Figures 1 to 3 illustrate the specific micro structure of a recrystallized silicon carbide foam.
  • the walls of recrystallized silicon carbide delimiting the cells 10 are formed by agglomeration of grains 18, this agglomeration leaving interstices 20, or “intergranular pores” between the grains 18.
  • the walls thus have a so-called “intergranular” porosity.
  • the intergranular porosity is therefore made up of the interstitial spaces that the agglomeration of these grains necessarily creates between the grains.
  • the cells 10 are interconnected by interconnection windows 12.
  • Surface cells open out through openings 16 to the outside.
  • Interconnecting porosity is created by "cell pores", namely the interconnecting windows 12 between cells 10 and openings 16 to the exterior of surface cells.
  • the intergranular porosity thus coexists with the interconnection porosity.
  • the intergranular porosity is a function of the grain size of the ceramic powder, in particular of silicon carbide, used.
  • the interconnection porosity is a function of the foaming agent used, in particular its quantity in the starting charge which is shaped to constitute the preform.
  • Intergranular porosity foams are therefore effective for filtration and / or as a support for an inactivating coating of one or more pathogens, and / or as a catalyst support, while being lightweight.
  • the median size of intergranular pores is 10 to 100 times smaller than that of cellular pores; and / or the intergranular porosity is at least 5%, preferably at least 8%, more preferably at least 10% and / or less than 25%, or even less than 20%; and / or the median size of the cellular pores is less than 400 ⁇ m, or even less than 300 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 180 ⁇ m, or even less than 160 ⁇ m and greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m, or even greater than 80 ⁇ m; and / or the median size of the intergranular pores is less than 25 ⁇ m, or even less than 20 ⁇ m and greater than 4 ⁇ m, or even greater than 7 ⁇ m; and / or the pore size distribution is bimodal; and / or the total porosity is greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70%.
  • Such foams can in particular be manufactured according to the following successive steps: a) preparation of a mixture M containing a ceramic powder in suspension, at least one gelling agent and at least one foaming agent, at a mixing temperature above the temperature of gelation of said gelling agent, b) shearing of said mixture M at a foaming temperature above said gelation temperature, until an intermediate foam is obtained, c) gelation of said intermediate foam by cooling said intermediate foam to a lower temperature at the gelling temperature of said gelling agent, d) drying of said gelled foam so as to obtain a preform whose humidity after drying is preferably less than 1%, e) curing by high temperature treatment of said preform so as to obtain a porous ceramic foam.
  • EP 1 778 601 provides further details on steps a) to e).
  • the shearing time is preferably greater than 25 min, so as to incorporate sufficient air to achieve the desired percentage of porosity.
  • a stabilizer can be added, as described in EP 1 778 601, but the presence of a stabilizer is optional.
  • the mixture M does not contain a stabilizing agent and the gelation and drying conditions are suitable to allow structural stabilization of the foam:
  • the gelation is preferably carried out at a temperature, in ° C, at least 2 times, even at least 3 times or even at least five times lower than the gelation temperature of the gelling agent, in ° C.
  • the intermediate foam obtained at the end of step b) is suddenly cooled (quenching) to this temperature, preferably at a cooling rate greater than 20 ° C / minute, preferably greater than 30 ° C / minute.
  • the intermediate foam is cooled immediately after the end of step b), preferably less than 5 minutes after the end of step b).
  • the intermediate foam is preferably installed in a climatic oven.
  • step d) the intermediate foam is preferably dried in two successive operations.
  • the first drying operation is to gradually increase the temperature while keeping it below the gelation temperature, preferably in a climatic oven, preferably in the climatic oven used for gelation.
  • temperature and humidity are regulated, preferably until the interior of the oven is saturated with humidity, and forced ventilation allows the water to be extracted.
  • the temperature is preferably increased as the residual moisture of the gel foam decreases, without exceeding the gel temperature.
  • the temperature is preferably increased for a period greater than 1 hour, preferably greater than 24 h, 48 h, 72 h, 96 h, 120 h, and / or less than 1 week. It can be increased step by step or gradually, preferably step by step.
  • This first drying operation is preferably continued until the residual humidity of the gelled foam reaches an intermediate value, preferably greater than 70% of the initial humidity and / or less than 95%, preferably less than 90% of the initial humidity.
  • the first drying operation is continued until that the residual humidity of the gelled foam is less than 10%, preferably less than 5%, and / or greater than 2%, preferably greater than 3% or 4%.
  • the second drying operation preferably comprises drying at a temperature above 40 ° C, at 50 ° C, at 60 ° C, at 80 ° C or at 100 ° C, preferably until the residual humidity is reduced to less than 1%.
  • the invention thus relates to a process for manufacturing a ceramic foam comprising steps a) to e), in which step d) comprises a so-called first drying operation, preferably in a climatic oven.
  • intergranular porosity can be increased by increasing the particle size of the ceramic powder.
  • the ceramic part and in particular the ceramic foam, has a lower total porosity on the side of the air to be decontaminated.
  • it may include a porous body 25 and one or more surface layers 26-27 superimposed from the surface of the porous body, the total porosity and / or the median pore size of the surface layers. being different, preferably less than the total porosity at the barycenter C of the porous body.
  • the total porosity of the surface layer is less than 0.95, 0.90 or 0.8 times the total porosity at the barycenter of the porous body.
  • the total porosity of the surface layer is greater than 30%, or even greater than 35% and preferably less than 70%, or even less than 60%, or even less than 50%.
  • the pores of the surface layer have a median size greater than 1 ⁇ m, or even greater than 2 ⁇ m, or even greater than 3 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, or even less than 10 ⁇ m, or even less than 5 ⁇ m.
  • the thickness of the surface layer is preferably between 5 and 500 ⁇ m, preferably greater than 10 ⁇ m and / or less than 400 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 100 ⁇ m.
  • the ceramic part has a plurality of said superimposed surface layers from the surface of the porous body, the superimposed superficial ceramic layers having respective total porosities and / or different median pore sizes.
  • the surface layer (s) can be spaced from the porous body.
  • the total porosity and / or the median size of the pores is all the lower the further the surface layer is from the porous body 25. There is thus a gradient of total porosity, the total porosity and the median size. of the layer defining the inlet face 30 of the air to be filtered being lower than those of the other layer (s).
  • the total porosity of a surface layer is greater than 30%, or even greater than 35% and preferably less than 70%, or even less than 60%, or even less than 50%.
  • the pores of a surface layer preferably of each surface layer have a median size greater than 1 ⁇ m, or even greater than 2 ⁇ m, or even greater than 3 ⁇ m and less than 20 ⁇ m, or even less than 10 ⁇ m, or even less than 5 pm.
  • the thickness of a surface layer, preferably of all the surface layers is preferably between 5 and 500 ⁇ m, preferably greater than 10 ⁇ m and / or less than 400 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less at 100 pm.
  • the different layers can result from the juxtaposition of different individual ceramic pieces or from the projection of an adherent coating on the surface of the porous body or from the impregnation of a part of the porous body in order to locally modify the porosity. .
  • a said surface layer can be obtained by impregnating part of the thickness of the preform with a slip based on silicon carbide.
  • the slip may optionally include pore-forming agents such as a foaming agent. The slip then at least partially fills the pores. After sintering, it thus leads to a so-called surface layer.
  • the impregnated portion extends from the inlet face 30 of the air to be filtered.
  • Variable porosity depending on the depth advantageously makes it possible to mechanically trap particles of different sizes, and therefore to broaden the spectrum of possible applications.
  • the ceramic part is devoid of a coating. It then acts as a pure filter.
  • At least a portion of the exterior surface and / or the porous network-defined surface of the ceramic part is coated with a coating for inactivating one or more pathogens.
  • the inactivation coating is suitable for the pathogens to be inactivated.
  • the inactivation coating can be a coating eliminating one or more pathogens, for example bactericidal and / or virucidal.
  • the inactivation coating may in particular consist of nanoparticles, in particular based on silver and / or copper.
  • the inactivation coating can be deposited by impregnation directly into the porous structure.
  • the coating inactivation can be deposited by impregnation directly on the walls of the porous network of the foam.
  • An inactivating coating is particularly useful if the micro structure of the ceramic part is not sufficient to prevent pathogens from passing through the ceramic part. Simple tests can verify if this situation occurs.
  • the very porous microstructure, and in particular the micro structure of a ceramic foam, advantageously offers a very large exchange surface with the inactivation coating.
  • At least part of the surface defined by the porous network is coated with a catalytic coating suitable for removing at least one atmospheric pollutant chosen from nitrogen oxides (NOx), oxides sulfur (SOx), similar volatile organic compounds (VOCs).
  • NOx nitrogen oxides
  • SOx oxides sulfur
  • VOCs similar volatile organic compounds
  • the ceramic part can in particular be provided with a catalytic coating allowing the elimination of nitrogen oxides and / or sulfur oxides.
  • the coating can in particular be based on platinum.
  • the coating can be deposited on one of the outer faces of the ceramic part, preferably the air inlet face to be filtered.
  • the very porous microstructure, and in particular the micro structure of a ceramic foam, advantageously offers a very large exchange surface with the catalytic coating.
  • the ceramic part offers excellent mechanical resistance to compression and allows a wide variety of shapes.
  • the ceramic part can be cleaned and / or purified in order to be reused.
  • Cleaning involves removing unwanted material that has accumulated in the pores.
  • Purification consists of inactivating pathogens accumulated in the pores.
  • the refractoriness, chemical stability and mechanical strength of ceramic materials, in particular silicon carbide, make it possible in particular to subject the ceramic part, or even the air treatment apparatus according to the invention, to a continuous heat treatment. or punctual (especially when it comes to personal protective equipment such as a mask), to eliminate pathogens, and in particular viruses and bacteria, sensitive to heat.
  • the duration of the heat treatment is adapted to the pathogens and the temperature applied.
  • Heat treatments at higher temperatures can also be used to burn off the filtered particles and thus clean the filter.
  • Cleaning and / or purification can also result from a chemical action, for example bactericidal or virucidal.
  • the ceramic part can be immersed in a bactericidal or virucidal bath.
  • Cleaning or purification can also result from a mechanical action, for example by washing the ceramic part, for example by putting it in the dishwasher.
  • the treatment apparatus may optionally include a pressure drop detector 32 and an electronic unit 34 for controlling the pressure drop detector 32.
  • the pressure drop detector 32 may for example be a Pitot tube, with a capillary integrated into the glass or metal capsule.
  • the pressure drop detector 32 and the electronic unit make it possible to assess the level of contamination continuously or on an ad hoc basis and to inform an operator accordingly, for example by means of a screen.
  • the treatment apparatus further comprises a cleaning and / or purification tool 36.
  • the ceramic part is disassembled and subjected to this tool.
  • this tool for example a heating resistor, is integrated into the treatment apparatus, for example fixed in contact with the ceramic part.
  • it is controlled by the electronic unit 34, preferably as a function of information received from the pressure drop detector.
  • the electronic unit 34 can thus trigger an operation for cleaning or purifying the ceramic part at regular time intervals and / or according to the information supplied by the pressure drop detector 32.
  • the processing apparatus may optionally comprise a computer memory 38 in which is recorded information relating to the ceramic part, for example an identifier or a photo showing its state at a time.
  • Such a memory for example of the RFID chip type, advantageously makes it possible to facilitate traceability.
  • the circulator 3 supplied with energy for example by the electrical network, sucks in polluted and / or contaminated A air and circulates it through the ceramic part 2.
  • the contaminated particles and the polluting particles are retained by the porous sintered microstructure .
  • the variation in porosity per layer, and in particular the presence of surface layers 26 and 27, advantageously allows filtration of a wide range of particles.
  • the treated air T exits the treatment unit under the effect of the pressure exerted by the circulator.
  • the electronic unit 34 controls the heating resistor 36 so as to destroy the agents. pathogens and / or remove accumulated material.
  • Destruction of pathogens can thus result from contact with the inactivating coating and / or heating.
  • the inactivation coating is therefore optional.
  • the ceramic part 2 After cleaning and / or purification, the ceramic part 2 can be reused.
  • the micro structure of the ceramic part can be compared to the photo recorded in the computer memory 38.
  • SiCi, S1C2, and SiC 3 denote the mass percentages of the three silicon carbide powders used, on the basis of the mineral material.
  • the percentages of the additives are given on the basis of the mass of the mineral material (SiC).
  • the ceramic foam of Example 1 was made from the teaching of WO2006018536A1, in particular from Examples 21 to 23.
  • the aqueous premix B comprising gelatin, foaming agent, glycerin and hardener diluted in 58% deionized water was heated in a water bath at 55 ° C.
  • the aqueous phase slip A comprising the mineral SiC powders, the mass load of which is 80% and the pH of which has been adjusted by adding sodium hydroxide to 10.5 was added to the premix B.
  • step b) After constant mechanical stirring for 28 minutes (step b)), the intermediate foam obtained was poured, at room temperature (20 ° C), into a mold making it possible to manufacture a preform of dimensions 600mm x 400mm x 65mm.
  • the mold was placed in a climatic oven under forced ventilation.
  • the temperature in the oven was lowered to 5 ° C to gel the intermediate foam (step c)).
  • step d the gelled foam obtained was dried (step d)), in the climatic oven, according to the following cycle (first drying operation):
  • the mold was then placed in a drying oven according to the following cycle (second drying operation): rise at 25 ° C / h up to 100 ° C; hold for 4 h at 100 ° C; free descent up to 20 ° C.
  • the ceramic foam of Example 2 was made by the same process as the foam of Example 1, but mechanical agitation during the foaming step was carried out for 20 minutes.
  • the foam of Example 2 therefore incorporates less air.
  • the ceramic foam of Example 3 was made according to the same process as the foam of Example 2 but, after pouring the foamy mixture, the mold was placed in a study at 15 ° C without ventilation. The foam temperature of approximately 15 ° C was reached between 12 and 24 hours.
  • Foams exhibit the classic cellular or "honeycomb" structure of foams. In particular, they exhibit a structure in which the cells are dispersed substantially randomly in the three dimensions of space.
  • the diameter of the cells is in the order of a hundred micrometers. These cells are therefore quite different from the canals of honeycomb structures, which typically have a cross section whose equivalent diameter reaches several millimeters.
  • foams finally exhibit high macropore connectivity and high specific surface area, which leads to high permeability.
  • the cells each define a volume of generally spherical shape because they are formed by the agglomeration of ceramic grains around air bubbles.
  • the foam of each example was characterized as follows: The volume and the pore size were measured according to the ISO 15901-1.2005 standard using an Autopore IV porosimeter 9500 series Micromeritics, by intrusion of Mercury, up to
  • the pore size distribution curve shows two main peaks centered on the first and second pore sizes, shown in Table 1.
  • the area of the 1st peak corresponds to the volume of intergranular pores of the walls delimiting the cells of the foam. .
  • the pressure drop was measured at a temperature of 20 ° C and under a dry air flow of 60 liters / minute, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each plate. mousse.
  • the equibiaxial flexural strength was measured according to standard ASTM C 14992009, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each foam plate. The higher the mechanical strength, the better the performance.
  • the filtration efficiency was evaluated with regard to standard NF-EN 14683. A test with an aerosol of water inoculated with bacteria (Staphylococcus aureus), the average size of which is
  • Example 1 and 2 are particularly suitable for the intended application. In particular, they exhibit very good filtration efficiency and mechanical strength. Example 1 also shows a very low pressure drop. Example 3 is not preferred due to a high pressure drop.
  • the inventors explain the remarkable performance of ceramic foams according to the invention, by the very specific structure of the foam.
  • the interconnection windows between the cells make it possible to create tortuous channels through the foam. These tortuous channels reduce the pressure drop and yet are effective at filtering out particles much smaller than their cross sections. Filtration does not therefore necessarily result from a blockage of the particles when they are pushed by the air flow through pores of smaller dimensions, as in the filters of conventional sintered material used, for example, to filter gases. exhaust.
  • the shape of the tortuous channels would explain the efficiency of the filtration.
  • a low (D9O-DIO) / DSO, or “span” ratio preferably less than 1.5; - a low median size D50, less than 150 mhi.
  • the sintered ceramic foams according to the invention thus offer both remarkable filtration efficiency, but also a very low pressure drop. This compromise makes it possible to limit the energy required to circulate the air through the ceramic part, and therefore to limit the consumption of the circulator. It also allows the ceramic part to be used in applications where air circulation results from a simple inhalation, for example in a personal breathing mask.
  • the invention makes it possible to optimize air treatment, in particular the air in confined living spaces such as homes, offices and vehicle interiors.
  • a treatment apparatus allows both the filtration of particles efficiently and with a low pressure drop, the activation of pathogens and the elimination of polluting organic substances.
  • the ceramic part used is advantageously reusable, even imperishable, and recyclable.
  • the invention is not, however, limited to the embodiments described, provided for illustrative purposes only.
  • any treatment device whether or not comprising a circulator, is envisaged.
  • a passive treatment device that is to say not powered by a power source, for example a personal breathing mask filtering the air inhaled by a person is considered to be a treatment device.

Abstract

Disclosed is an apparatus for treating air, at room temperature, of an enclosed inhabitable space, the apparatus comprising: - a sintered ceramic part (2) having a total porosity higher than 40%, the pores of a size larger than 300 µm representing less than 10% by volume of the porosity, - an air circulator (3) configured to generate a flow of air to be treated through the ceramic part, the ceramic part being a ceramic foam having a plurality of interlocking cells, delimited by ceramic walls and connected to each other by interconnection windows, the walls defining the cells being formed by agglomeration of grains, this agglomeration leaving gaps between the grains.

Description

Description Description
Titre : Utilisation d’une pièce céramique poreuse frittée pour le traitement de l’airTitle: Use of a porous sintered ceramic part for air treatment
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne l’utilisation d’une pièce céramique poreuse frittée, en particulier d’une mousse céramique frittée, pour traiter, et en particulier décontaminer de l’air, notamment de l’air d’espaces clos habitables (habitations, bureaux, habitacles de véhicules, ...). The present invention relates to the use of a sintered porous ceramic part, in particular of a sintered ceramic foam, for treating, and in particular decontaminating, air, in particular the air of closed living spaces (homes, offices , vehicle interiors, ...).
Technique antérieure Prior art
La qualité de l'air est un sujet important dans le domaine de la santé publique. Air quality is an important subject in the field of public health.
L’air peut notamment contenir des microbes pathogènes humains transmissibles par voie respiratoire, ou « agents pathogènes ». Ces agents pathogènes peuvent entraîner une pathologie chez un être humain, en particulier au niveau des voies respiratoires. In particular, the air can contain human pathogens transmissible by the respiratory route, or "pathogens". These pathogens can cause pathology in a human being, in particular in the respiratory tract.
On connaît en particulier des virus, des bactéries et des champignons pouvant se transmettre par voie aérienne. On peut citer les virus Influenza et les coronavirus, notamment SARS, SARS-CoV-2. Ces agents pathogènes peuvent être fixés sur des particules en suspension qui, en fonction de leur taille, peuvent pénétrer dans les régions d'échange gazeux des poumons, voire passer à travers les poumons pour affecter d'autres organes. In particular viruses, bacteria and fungi are known which can be transmitted by air. Mention may be made of the Influenza viruses and the coronaviruses, in particular SARS, SARS-CoV-2. These pathogens can be attached to suspended particles which, depending on their size, can enter gas exchange regions of the lungs, or even pass through the lungs to affect other organs.
La filtration avec un filtre à fibres est largement utilisée pour retenir des particules en suspension car un tel filtre présente généralement un bon compromis entre efficacité de filtration et consommation énergétique. Les systèmes de protection collectives ou individuelles ou les dépoussiéreurs industriels sont composés de médias fibreux non tissés, c’est-à-dire d’un voile ou d’une nappe de fibres orientées directement ou au hasard et liées par friction, cohésion ou adhésion. Ces systèmes doivent être régulièrement renouvelés.Filtration with a fiber filter is widely used to retain particles in suspension because such a filter generally presents a good compromise between filtration efficiency and energy consumption. Collective or individual protection systems or industrial dust collectors are composed of non-woven fibrous media, that is to say of a veil or sheet of fibers oriented directly or at random and linked by friction, cohesion or adhesion. . These systems must be regularly renewed.
En outre, les équipements de protection individuelle utilisent classiquement des filtres en papier ou en tissu. Ces filtres sont cependant à usage unique. Ils génèrent donc des déchets en grandes quantités. Ils nécessitent également un processus de fabrication et de distribution ininterrompu pour éviter la pénurie. In addition, personal protective equipment conventionally uses paper or fabric filters. However, these filters are for single use only. They therefore generate waste in large quantities. They also require an uninterrupted manufacturing and distribution process to avoid shortage.
L’air peut également contenir des polluants. The air can also contain pollutants.
Notamment, les activités humaines, telles que la combustion de combustibles fossiles dans les véhicules et divers processus industriels, génèrent des quantités importantes de particules nocives. Les polluants atmosphériques typiques dans les habitations et les lieux de travail peuvent inclure, par exemple, les particules, les oxydes d'azote (NOx) ou les oxydes de soufre (SOx), les composés organiques, notamment le formaldéhyde et les composés organiques volatils similaires (COV). In particular, human activities, such as the combustion of fossil fuels in vehicles and various industrial processes, generate significant amounts of particulate matter. harmful. Typical air pollutants in homes and workplaces can include, for example, particulate matter, nitrogen oxides (NOx) or sulfur oxides (SOx), organic compounds including formaldehyde and volatile organic compounds similar (VOCs).
Le charbon actif est largement utilisé pour le traitement des molécules par adsorption. Sa résistance mécanique est limitée. Par ailleurs, il nécessite d’être remplacé régulièrement.Activated carbon is widely used for the treatment of molecules by adsorption. Its mechanical resistance is limited. In addition, it needs to be replaced regularly.
La filtration par filtre à fibres est également largement utilisée pour séparer les particules polluantes en suspension dans l’air. Fiber filter filtration is also widely used to separate airborne pollutant particles.
US10188975 décrit enfin l’utilisation de filtres en cordiérite de type « nid d'abeilles » pour éliminer les polluants particulaires, optionnellement revêtu d’un sorbant et/ou un catalyseur pour éliminer les COV. Des essais ont montré que les filtres de type « nid d'abeilles » entrainent une perte de charge élevée. US10188975 finally describes the use of "honeycomb" type cordierite filters to remove particulate pollutants, optionally coated with a sorbent and / or a catalyst to remove VOCs. Tests have shown that “honeycomb” type filters cause a high pressure drop.
Du fait de leur très bonnes résistances chimique et mécanique et de leur capacité à travailler à haute température, les membranes céramiques peuvent être également utilisées comme filtres pour dépolluer des gaz pollués chauds. Due to their very good chemical and mechanical resistance and their ability to work at high temperature, ceramic membranes can also be used as filters to clean up hot polluted gases.
Il existe donc un besoin pour de nouvelles solutions de décontamination et/ou de dépollution de l’air, et en particulier de l’air destiné à être inhalé. There is therefore a need for new solutions for decontamination and / or pollution control of the air, and in particular of the air intended to be inhaled.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement à ce besoin. An aim of the invention is to meet, at least partially, this need.
Exposé de l’invention Disclosure of the invention
L’invention concerne un appareil de traitement d’air, en particulier d’air à température ambiante (20°C), l’appareil de traitement comportant une pièce céramique frittée présentant une porosité totale supérieure à 40%, de préférence supérieure à 50%, préférence supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70% et de préférence inférieure à 90%, voire inférieure à 85%, voire inférieure à 80%, de préférence comprise entre 55% et 85%.The invention relates to an air treatment apparatus, in particular air at ambient temperature (20 ° C), the treatment apparatus comprising a sintered ceramic part having a total porosity greater than 40%, preferably greater than 50. %, preferably greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70% and preferably less than 90%, or even less than 85%, or even less than 80%, preferably between 55% and 85%.
De préférence, au moins une partie de la surface définie par le réseau poreux est revêtue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes, et/ou d’un revêtement catalytique adapté à une réaction d’au moins un polluant atmosphérique. Preferably, at least part of the surface defined by the porous network is coated with a coating for inactivating one or more pathogenic agents, and / or a catalytic coating suitable for a reaction of at least one pollutant. atmospheric.
La pièce céramique présente également l’avantage de pouvoir être nettoyée et/ou purifiée pour être réutilisée. Elle génère donc peu de déchets. De préférence, l’appareil de traitement comporte un détecteur de perte de charge et une unité électronique, programmée pour déclencher ou informer sur la nécessité d’une opération de nettoyage et/ou de purification en fonction d’une information reçue du détecteur de perte de charge. De préférence encore, il comporte un outil de nettoyage et/ou de purification, de préférence commandé par l’unité électronique en fonction de l’information reçue du détecteur de perte de charge. La maintenance en est considérablement simplifiée. The ceramic part also has the advantage of being able to be cleaned and / or purified in order to be reused. It therefore generates little waste. Preferably, the treatment apparatus comprises a pressure drop detector and an electronic unit, programmed to trigger or inform on the need for a cleaning and / or purification operation as a function of information received from the loss detector. dump. More preferably, it comprises a cleaning and / or purification tool, preferably controlled by the electronic unit as a function of the information received from the pressure drop detector. Maintenance is considerably simplified.
Dans un mode de réalisation, l’appareil de traitement comporte une mémoire informatique dans laquelle est enregistrée une information relative à la pièce céramique, de préférence un identifiant de la pièce céramique et/ou au moins une photo représentant, au moins partiellement, la pièce céramique à un instant déterminé, de préférence avant la première utilisation de la pièce céramique. In one embodiment, the processing apparatus comprises a computer memory in which is recorded information relating to the ceramic part, preferably an identifier of the ceramic part and / or at least one photo representing, at least partially, the part. ceramic at a determined time, preferably before the first use of the ceramic part.
De préférence, la pièce céramique présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Preferably, the ceramic part also has one or more of the following characteristics:
- la taille médiane des pores est comprise entre 1 et 400 pm ; comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, une telle porosité totale offre une micro structure parfaitement adaptée au traitement des agents pathogènes et des polluants ; - the median size of the pores is between 1 and 400 μm; as will be seen in more detail in the remainder of the description, such a total porosity offers a micro structure perfectly suited to the treatment of pathogens and pollutants;
- la pièce céramique est constituée, pour plus de 90%, plus de 95%, plus de 99%, de préférence sensiblement 100% de sa masse, en un matériau céramique, de préférence en carbure de silicium, de préférence en carbure de silicium recristallisé ; - the ceramic part consists, for more than 90%, more than 95%, more than 99%, preferably substantially 100% of its mass, of a ceramic material, preferably of silicon carbide, preferably of silicon carbide recrystallized;
- la pièce céramique comporte plus de 80% en masse de carbure de silicium recristallisé, la porosité intergranulaire étant de préférence supérieure ou égale à 5 % et inférieure à 25%, de préférence supérieure ou égale à 10 % et inférieure à 20% ; the ceramic part comprises more than 80% by mass of recrystallized silicon carbide, the intergranular porosity preferably being greater than or equal to 5% and less than 25%, preferably greater than or equal to 10% and less than 20%;
- la taille médiane des pores (D50 en volume, mesuré par porosimétrie mercure) est supérieure à 1 pm, voire supérieure à 5 pm, supérieure à 7 pm, voire supérieure à 10 pm, voire supérieure à 20 pm, voire supérieure à 30 pm, voire supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm, de préférence supérieure à 60 pm, de préférence supérieure à 70 pm et/ou inférieure à 400 pm, voire inférieure à 300 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 160 pm, voire inférieure à 150 pm, voire inférieure à 145 pm, inférieure à 140 pm, inférieure à 130 pm, de préférence inférieure à 120 pm ; - the median size of the pores (D50 by volume, measured by mercury porosimetry) is greater than 1 μm, or even greater than 5 μm, greater than 7 μm, or even greater than 10 μm, or even greater than 20 μm, or even greater than 30 μm , or even greater than 40 μm, or even greater than 50 μm, preferably greater than 60 μm, preferably greater than 70 μm and / or less than 400 μm, or even less than 300 μm, or even less than 200 μm, or even less than 160 μm pm, or even less than 150 pm, or even less than 145 pm, less than 140 pm, less than 130 pm, preferably less than 120 pm;
- le percentile D90 en volume sur la courbe de distribution cumulée des tailles de pores classées par ordre croissant, mesurée par porosimétrie mercure, est inférieur à 250 pm, de préférence inférieur à 220 pm, de préférence inférieur à 200 pm, de préférence inférieur à 180 mih, et/ou supérieur à 50 pm, de préférence supérieur à 60 pm, de préférence supérieur à 70 pm, de préférence supérieur à 80 pm ; the D90 percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in ascending order, measured by mercury porosimetry, is less than 250 μm, preferably less than 220 μm, preferably less than 200 μm, preferably less than 180 mih, and / or greater than 50 μm, preferably greater than 60 μm, preferably greater than 70 μm, preferably greater than 80 μm;
- les pores de taille supérieure à 300 pm représentent moins de 10% en volume, voire moins de 5% en volume, de la porosité totale ; the pores of size greater than 300 μm represent less than 10% by volume, or even less than 5% by volume, of the total porosity;
- le percentile Dio en volume sur la courbe de distribution cumulée des tailles de pores classées par ordre croissant, mesurée par porosimétrie mercure, est de préférence supérieur à 5 pm, de préférence supérieur à 8 pm ; the Dio percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in increasing order, measured by mercury porosimetry, is preferably greater than 5 μm, preferably greater than 8 μm;
- de préférence, la différence D90-D10 est inférieure à 250 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 180 pm et/ou supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm ; - Preferably, the difference D90-D10 is less than 250 μm, or even less than 200 μm, or even less than 180 μm and / or greater than 40 μm, or even greater than 50 μm;
- le rapport (D90 - Dio)/Dso est de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,8, de préférence inférieur à 1,7, de préférence inférieur à 1,6, de préférence inférieur à 1,5, et/ou supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9, de préférence supérieur à 1,0 ; - the (D90 - Dio) / Dso ratio is preferably less than 2, preferably less than 1.8, preferably less than 1.7, preferably less than 1.6, preferably less than 1.5, and / or greater than 0.8, preferably greater than 0.9, preferably greater than 1.0;
- la tortuosité est supérieure à 1, voire supérieure à 1,1, voire supérieure à 1,2, voire supérieure à 1,3, voire supérieure à l,4et inférieure à 2, voire inférieure à 1,9, voire inférieure à 1,8, voire inférieure à 1,7, voire inférieure à 1,6, de préférence inférieure à 1,5 et supérieure à 1 ; - the tortuosity is greater than 1, or even greater than 1.1, or even greater than 1.2, or even greater than 1.3, or even greater than l, 4 and less than 2, or even less than 1.9, or even less than 1 , 8, or even less than 1.7, or even less than 1.6, preferably less than 1.5 and greater than 1;
- la pièce céramique comporte une couche superficielle présentant une porosité totale inférieure à 0,95 fois la porosité au centre de la pièce céramique, les pores de la couche superficielle présentant de préférence une taille médiane supérieure à 1 pm et inférieure à 20 pm, la porosité totale de la couche superficielle étant de préférence supérieure à 30% et inférieure à 70%, l’épaisseur de la couche superficielle étant de préférence comprise entre 5 et 500 pm ; the ceramic part comprises a surface layer having a total porosity less than 0.95 times the porosity at the center of the ceramic part, the pores of the surface layer preferably having a median size greater than 1 μm and less than 20 μm, the pores of the surface layer preferably having a median size greater than 1 μm and less than 20 μm, the total porosity of the surface layer preferably being greater than 30% and less than 70%, the thickness of the surface layer preferably being between 5 and 500 μm;
- la pièce céramique est constituée par une agglomération de grains, l’ensemble des grains présentant de préférence un rapport de forme moyen, en moyenne sur l’ensemble des grains, inférieur 2, de préférence inférieur à 1,5, le rapport de forme étant classiquement le rapport L/l ou L désigne la longueur du grain, c'est-à-dire sa plus grande dimension, et 1 désigne la largeur du grain, c'est-à-dire sa plus grande dimension dans un plan transversal quelconque perpendiculaire à la direction de la longueur. - the ceramic part is formed by an agglomeration of grains, all the grains preferably having an average aspect ratio, on average over all the grains, less than 2, preferably less than 1.5, the aspect ratio conventionally being the ratio L / l where L designates the length of the grain, i.e. its largest dimension, and 1 designates the width of the grain, i.e. its largest dimension in a transverse plane any perpendicular to the length direction.
L’appareil de traitement peut être un appareil filtrant activement l’air, par exemple un climatiseur ou un chauffage insufflant de l’air, en particulier un appareil électrique. Il comporte alors un circulateur d’air configuré pour générer un flux d’air à traiter à travers la pièce céramique. L’appareil de traitement peut être en particulier utilisé pour la filtration de l’air des espaces clos habitables comme les habitations, les bureaux ou les habitacles de véhicules, ou les lieux publics, en particulier les gares de transport en commun. The treatment apparatus may be an apparatus which actively filters the air, for example an air conditioner or an air-blowing heater, in particular an electrical apparatus. It then comprises an air circulator configured to generate an air flow to be treated through the ceramic part. The treatment apparatus can be used in particular for filtering the air of confined habitable spaces such as homes, offices or vehicle interiors, or public places, in particular public transport stations.
L’appareil de traitement peut être aussi passif, et en particulier êtreThe treatment device can also be passive, and in particular be
- un équipement de protection individuelle comme un masque ou encore une cartouche apte à être utilisée dans un équipement de protection individuelle comme un masque ou- personal protective equipment such as a mask or even a cartridge suitable for use in personal protective equipment such as a mask or
- un appareil disposé dans un lieu où il est soumis à un flux d’air à l’état naturel, par exemple placé dans les lieux publics, en particulier les gares de transport en commun. - a device placed in a place where it is subjected to a flow of air in a natural state, for example placed in public places, in particular public transport stations.
Dans un premier mode de réalisation principal, plus de 95%, plus de 97%, plus de 98%, plus de 99% de la porosité totale de la pièce céramique est ouverte. In a first main embodiment, more than 95%, more than 97%, more than 98%, more than 99% of the total porosity of the ceramic part is open.
De préférence, la pièce céramique est une mousse céramique présentant une pluralité de cellules imbriquées, délimitées par des parois céramiques et connectées entre elles par des fenêtres d’interconnexion. Preferably, the ceramic part is a ceramic foam having a plurality of nested cells, delimited by ceramic walls and connected to each other by interconnection windows.
Une cellule à la surface de la mousse céramique présente également généralement une ou plusieurs ouvertures vers l'extérieur. Les pores sont donc généralement accessibles à l’air extérieur à la mousse céramique. La micro structure est alors bien adaptée pour retenir les particules en suspension dans l’air, et en particulier les particules portant des agents pathogènes et les particules polluantes. A cell on the surface of the ceramic foam also generally has one or more openings to the outside. The pores are therefore generally accessible to the air outside the ceramic foam. The microstructure is then well suited to retain particles suspended in the air, and in particular particles carrying pathogens and polluting particles.
De préférence, les parois délimitant les cellules sont formées par agglomération de grains, cette agglomération laissant subsister des interstices ou « pores intergranulaires », entre les grains. Un exemple de mousse céramique est décrit dans EP 1 778 601. Preferably, the walls delimiting the cells are formed by agglomeration of grains, this agglomeration leaving interstices or “intergranular pores” between the grains. An example of ceramic foam is described in EP 1 778 601.
De préférence, la répartition de la taille des pores est bimodale. Plus précisément, la distribution de la porosité, mesurée avec un porosimètre au mercure, présente un premier pic principal centré sur une première taille de pores et un deuxième pic principal centré sur une deuxième taille de pores. Preferably, the pore size distribution is bimodal. More specifically, the porosity distribution, measured with a mercury porosimeter, exhibits a first main peak centered on a first pore size and a second main peak centered on a second pore size.
La première taille de pores est considérée comme la taille médiane des pores intergranulaires, et est représentative d’une porosité dite « intergranulaire ». Elle est de préférence inférieure à 25 pm, voire inférieure à 20 pm et supérieure à 4 pm, de préférence supérieure à 7 pm, de préférence supérieure à 10 pm, de préférence supérieure à 13 pm. De préférence, la porosité intergranulaire est d'au moins 5 %, de préférence d'au moins 8 %, de préférence encore d'au moins 10% et/ou inférieure à 25%, voire inférieure à 20%. The first pore size is considered to be the median size of the intergranular pores, and is representative of a so-called “intergranular” porosity. It is preferably less than 25 μm, even less than 20 μm and greater than 4 μm, preferably greater than 7 μm, preferably greater than 10 μm, preferably greater than 13 μm. Preferably, the intergranular porosity is at least 5%, preferably at least 8%, more preferably at least 10% and / or less than 25%, or even less than 20%.
La deuxième taille de pores est considérée comme la taille médiane des pores cellulaires et est représentative d’une porosité dite « d’interconnexion », constituant sensiblement le complément à 100% de la porosité intergranulaire. Elle est de préférence inférieure à 400 pm, voire inférieure à 300 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 180 pm, voire inférieure à 160 pm, de préférence inférieure à 150pm, voire inférieure à 140 pm, de préférence inférieure à 130 pm, et de préférence supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm, voire supérieure à 80 pm. The second pore size is considered the median cell pore size and is representative of a so-called "interconnect" porosity, constituting substantially the 100% complement of the intergranular porosity. It is preferably less than 400 μm, or even less than 300 μm, or even less than 200 μm, or even less than 180 μm, or even less than 160 μm, preferably less than 150 μm, or even less than 140 μm, preferably less than 130. μm, and preferably greater than 40 μm, or even greater than 50 μm, or even greater than 80 μm.
De préférence, la porosité totale est supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70%. Preferably, the total porosity is greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70%.
Une mousse céramique permet avantageusement de filtrer des particules dont la taille est jusqu’à 30 fois inférieure à la taille médiane des pores, ce qui permet de limiter la perte de charge. Une mousse céramique présente avantageusement un excellent compromis entre la perte de charge et la capacité de filtration. A ceramic foam advantageously makes it possible to filter particles whose size is up to 30 times smaller than the median pore size, which makes it possible to limit the pressure drop. A ceramic foam advantageously presents an excellent compromise between the pressure drop and the filtration capacity.
Dans un deuxième mode de réalisation principal, au moins une partie de la pièce céramique est revêtue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes.In a second main embodiment, at least a portion of the ceramic part is coated with a coating for activating one or more pathogens.
Ce revêtement peut recouvrir la surface extérieure de la pièce céramique poreuse, voire l’ensemble de la surface disponible dans le réseau de porosité. La micro structure des mousses céramiques décrites précédemment offre alors une large surface de contact qui favorise l’inactivation chimique des agents pathogènes. This coating can cover the outer surface of the porous ceramic part, or even the entire surface available in the porosity network. The micro structure of the ceramic foams described above then offers a large contact surface which promotes the chemical inactivation of pathogens.
Dans un troisième mode de réalisation principal, au moins une partie de la pièce céramique est revêtue d’un revêtement catalytique catalysant une réaction d’au moins un polluant atmosphérique, de préférence choisi parmi les oxydes d'azote (NOx), les oxydes de soufre (SOx) et les composés organiques volatils similaires (COV). In a third main embodiment, at least part of the ceramic part is coated with a catalytic coating catalyzing a reaction of at least one atmospheric pollutant, preferably chosen from nitrogen oxides (NOx), nitrogen oxides. sulfur (SOx) and similar volatile organic compounds (VOCs).
Ce revêtement peut recouvrir la surface extérieure de la pièce céramique poreuse, voire l’ensemble de la surface disponible dans le réseau de porosité. La micro structure des mousses céramiques décrites précédemment offre alors une large surface de contact qui favorise l’élimination des polluants atmosphériques. Bien entendu, les caractéristiques des différents modes de réalisation principaux peuvent être combinées. This coating can cover the exterior surface of the porous ceramic part, or even the entire surface available in the porosity network. The micro structure of the ceramic foams described above then offers a large contact surface which favors the elimination of atmospheric pollutants. Of course, the characteristics of the various main embodiments can be combined.
L’invention concerne également un procédé de traitement d’air, et en particulier un procédé de décontamination d’air, au moyen d’un appareil de traitement d’air selon l’invention, le procédé comportant une mise en contact de l’air avec la pièce céramique de l’appareil de traitement d’air. The invention also relates to an air treatment method, and in particular to an air decontamination method, by means of an air treatment apparatus according to the invention, the method comprising contacting the air. air with the ceramic part of the air handling unit.
De préférence, le procédé comporte, après ladite mise en contact, une opération de nettoyage et/ou de purification de la pièce céramique. Cette opération peut en particulier être mécanique, par exemple par lavage, chimique ou thermique. Preferably, the method comprises, after said bringing into contact, an operation of cleaning and / or purification of the ceramic part. This operation can in particular be mechanical, for example by washing, chemical or thermal.
De préférence, le procédé comporte les étapes suivantes : a) traitement d’une première quantité d’air au moyen de l’appareil de traitement d’air selon l’invention ; b) nettoyage et/ou purification de la pièce céramique dudit appareil de traitement d’air, puis reprise de l’étape a) pour traiter une deuxième quantité d’air. Preferably, the method comprises the following steps: a) treating a first quantity of air by means of the air treatment apparatus according to the invention; b) cleaning and / or purification of the ceramic part of said air treatment device, then resumption of step a) to treat a second quantity of air.
L’air traité est de préférence extrait d’une habitation, d’un bureau ou d’un habitacle d’un véhicule, par exemple d’une voiture, d’un train, d’un aéronef, d’un camion ou d’un bateau, ou d’un lieu public fermé. The treated air is preferably extracted from a home, office or passenger compartment of a vehicle, for example a car, train, aircraft, truck or vehicle. 'a boat, or a closed public place.
Définitions Definitions
Par « décontaminer », on entend désactiver, de préférence éliminer, un ou plusieurs agents pathogènes humains transmissibles par voie respiratoire et contenus dans l’air. By "decontaminate" is meant to deactivate, preferably eliminate, one or more human pathogens transmissible by the respiratory route and contained in the air.
On qualifie de « céramique » tout matériau non métallique et non organique. Any non-metallic and non-organic material is referred to as “ceramic”.
On appelle « revêtement catalytique », un revêtement comprenant ou constitué par un matériau catalyseur apte à catalyser une réaction chimique. The term “catalytic coating” means a coating comprising or consisting of a catalyst material capable of catalyzing a chemical reaction.
On appelle classiquement « frittage », la consolidation par traitement thermique à plus de 1100°C, d’une préforme, avec éventuellement une fusion, partielle ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants, de sorte que la préforme n’est pas transformée en une masse liquide). The term “sintering” is conventionally called the consolidation by heat treatment at more than 1100 ° C, of a preform, possibly with a partial or total melting of some of its constituents (but not all of its constituents, so that the preform is not transformed into a liquid mass).
Par « carbure de silicium recristallisé », on entend du carbure de silicium recristallisé par traitement à haute température de la pièce céramique, et en particulier de la mousse céramique. La recristallisation est un phénomène bien connu correspondant à une consolidation par sublimation des plus petits grains de carbure de silicium puis condensation pour former le lien avec les plus gros grains. By “recrystallized silicon carbide” is meant recrystallized silicon carbide by high temperature treatment of the ceramic part, and in particular of the foam. ceramic. Recrystallization is a well-known phenomenon corresponding to a consolidation by sublimation of the smallest grains of silicon carbide then condensation to form the bond with the larger grains.
Sauf indication contraire, le terme « pores » fait référence à l’ensemble des pores. Unless otherwise specified, the term "pores" refers to all pores.
La taille des pores peut être par exemple déterminée à l’aide d’un porosimètre au mercure.The pore size can, for example, be determined using a mercury porosimeter.
En application de la loi de Washburn mentionnée dans la norme ISO 15901-1.2005 part 1 un porosimètre à mercure permet d’établir une distribution de tailles des pores en volume.Applying Washburn's law mentioned in ISO 15901-1.2005 part 1, a mercury porosimeter is used to establish a pore size distribution by volume.
La taille des pores peut alternativement être déterminée par tomographie. The pore size can alternatively be determined by tomography.
Une distribution bimodale de tailles de pore comporte deux pics principaux, c'est-à-dire qui présentent les sommets les plus élevés. A bimodal pore size distribution has two main peaks, i.e. which have the highest peaks.
Dans une mousse céramique fabriquée selon EP 1 778 601, une analyse à l’aide d’un porosimètre au mercure permet de mettre en évidence une répartition de la taille des pores bimodale, c’est-à-dire présentant des premier et deuxième pics principaux distincts. Ces pics sont représentatifs des deux familles de pores, à savoir les pores intergranulaires et les pores d’interconnexion et on considère que la taille médiane des pores de chacune des familles est donnée par la taille de pore correspondant au sommet de chaque pic. In a ceramic foam manufactured according to EP 1 778 601, an analysis using a mercury porosimeter makes it possible to demonstrate a bimodal pore size distribution, that is to say having first and second peaks. main distinct. These peaks are representative of the two families of pores, namely the intergranular pores and the interconnecting pores, and the median pore size of each of the families is considered to be given by the pore size corresponding to the top of each peak.
La distribution de la taille des pores peut être également représentée de manière cumulée, les tailles de pore étant classées par ordre croissant. A chaque taille de pore est ainsi associé un percentile qui correspond, sur la courbe de distribution cumulée, au pourcentage du volume de la porosité qui est constitué par des pores ayant une taille inférieure à ladite taille.The pore size distribution can also be shown cumulatively, with the pore sizes listed in ascending order. Each pore size is thus associated with a percentile which corresponds, on the cumulative distribution curve, to the percentage of the volume of the porosity which consists of pores having a size smaller than said size.
Le percentile 50, ou D50, est donc la taille médiane d’une population de pores. Cette taille partage, en volume, ladite population en deux groupes : un groupe représentant 50% du volume poreux et dont les pores présentent une taille inférieure à la taille médiane et un autre groupe représentant 50% du volume poreux et dont les pores présentent une taille supérieure ou égale à ladite taille médiane. The 50 percentile, or D50, is therefore the median size of a population of pores. This size divides, by volume, said population into two groups: a group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size less than the median size and another group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size greater than or equal to said median size.
Les percentiles D10 et D90 de la population de pores sont donc les tailles de pore correspondant respectivement aux pourcentages de 10% et de 90% sur la courbe de distribution cumulée de distribution de tailles de pores classées par ordre croissant. La porosité totale, en pourcentage, est classiquement égale à 100 x (1 - le rapport de la densité géométrique divisée par la densité absolue). The D10 and D90 percentiles of the pore population are therefore the pore sizes corresponding respectively to the percentages of 10% and 90% on the cumulative distribution curve of pore size distribution classified in ascending order. The total porosity, in percentage, is conventionally equal to 100 x (1 - the ratio of the geometric density divided by the absolute density).
La densité géométrique est mesurée suivant la norme ISO 5016:1997 ou EN 1094-4 et exprimée en g/cm3. Elle est classiquement égale au rapport de la masse de l'échantillon divisée par le volume apparent. The geometric density is measured according to standard ISO 5016: 1997 or EN 1094-4 and expressed in g / cm 3 . It is conventionally equal to the ratio of the mass of the sample divided by the apparent volume.
La valeur de densité absolue, exprimée en g/cm3, est classiquement mesurée en divisant la masse d'un échantillon par le volume de cet échantillon broyé de manière à sensiblement supprimer la porosité. The absolute density value, expressed in g / cm 3 , is conventionally measured by dividing the mass of a sample by the volume of this ground sample so as to substantially eliminate the porosity.
On appelle « porosité ouverte » la porosité imputable à l’ensemble des pores accessibles. La porosité ouverte peut être mesurée selon la norme ISO15901-1. We call "open porosity" the porosity attributable to all the accessible pores. Open porosity can be measured according to ISO15901-1.
La tortuosité est mesurée par nano tomographie. Les images ont une résolution apte à une binarisation. L’utilisation d’un logiciel comme iMorph© permet d’obtenir une caractérisation géométrique en trois dimensions et de calculer la tortuosité. La tortuosité est définie comme le rapport entre la longueur du parcours le plus court permettant de traverser l’échantillon dans le sens de son épaisseur, au sein de sa porosité, et la longueur du segment de droite joignant le point de départ et le point d’arrivée correspondant à ce parcours, c'est- à-dire la distance entre ces points. Tortuosity is measured by nanotomography. The images have a resolution suitable for binarization. The use of software such as iMorph © makes it possible to obtain a three-dimensional geometric characterization and to calculate the tortuosity. Tortuosity is defined as the ratio between the length of the shortest path making it possible to cross the sample in the direction of its thickness, within its porosity, and the length of the line segment joining the starting point and the point of 'finish corresponding to this route, that is to say the distance between these points.
"Comprendre", "comporter" et "présenter" doivent être interprétés de manière large et non limitative, sauf indication contraire. "Understand", "include" and "present" should be interpreted broadly and without limitation, unless otherwise indicated.
Brève description des figures Brief description of the figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à l’examen du dessin, fourni à titre illustratif et non limitatif, dans lequel : Other features and advantages of the invention will become apparent on examination of the drawing, provided by way of illustration and not by way of limitation, in which:
- [Lig 1] la figure 1 montre, à un premier grossissement, une image obtenue au Microscope Electronique à Balayage sur des échantillons pris à 10 à 20 mm de la surface d’une mousse céramique d’un appareil de traitement selon l’invention ;- [Lig 1] FIG. 1 shows, at a first magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ;
- [Lig 2] la figure 2 montre, à un deuxième grossissement, une image obtenue au Microscope Electronique à Balayage sur des échantillons pris à 10 à 20 mm de la surface d’une mousse céramique d’un appareil de traitement selon l’invention ; - [Fig 3] la figure 3 montre, à un troisième grossissement, une image obtenue au Microscope Electronique à Balayage sur des échantillons pris à 10 à 20 mm de la surface d’une mousse céramique d’un appareil de traitement selon l’invention ;- [Lig 2] FIG. 2 shows, at a second magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ; - [Fig 3] FIG. 3 shows, at a third magnification, an image obtained with a Scanning Electron Microscope on samples taken at 10 to 20 mm from the surface of a ceramic foam of a treatment apparatus according to the invention ;
- [Fig 4] la figure 4 montre schématiquement une pièce céramique à porosité variable ;- [Fig 4] Figure 4 shows schematically a ceramic part with variable porosity;
- [Fig 5] la figure 5 montre schématiquement un exemple d’appareil de traitement d’air selon l’invention. - [Fig 5] Figure 5 shows schematically an example of an air treatment device according to the invention.
Dans les différentes figures, des références identiques sont utilisées pour désigner des objets identiques ou analogues. In the various figures, identical references are used to designate identical or similar objects.
Description détaillée detailed description
Un appareil de traitement d’air selon l’invention peut être destiné à la décontamination d’air ambiant destiné à être inhalé par une personne. L’air est typiquement à une température comprise entre 0° et 30 °C, généralement entre 15°C et 25°C. Sa pression est la pression atmosphérique. An air treatment apparatus according to the invention may be intended for the decontamination of ambient air intended to be inhaled by a person. The air is typically at a temperature between 0 ° and 30 ° C, generally between 15 ° C and 25 ° C. Its pressure is atmospheric pressure.
L’appareil de traitement comporte une pièce céramique dont la forme est adaptée à l’application visée. Les procédés de mise en forme par coulage en bande, en anglais « tape casting », ou par moussage sont particulièrement adaptés à la production de préformes de formes complexes, ce qui permet d’éviter/limiter les étapes d’usinage. The treatment apparatus comprises a ceramic part whose shape is suitable for the intended application. The forming processes by band casting, in English "tape casting", or by foaming are particularly suited to the production of preforms of complex shapes, which makes it possible to avoid / limit the machining steps.
Notamment dans un mode de réalisation correspondant aux protections individuelles, la pièce céramique peut présenter la forme d’une pièce plate, par exemple d’une pastille, présentant de préférence, vue de face, une surface supérieure à 5 cm2 et/ou inférieure à 100 cm2, de préférence inférieure à 50 cm2. In particular in one embodiment corresponding to the individual protections, the ceramic part may have the shape of a flat part, for example of a pellet, preferably having, seen from the front, a surface greater than 5 cm 2 and / or less. to 100 cm 2 , preferably less than 50 cm 2 .
De préférence, la pièce céramique selon l’invention présente, notamment dans ce mode de réalisation : Preferably, the ceramic part according to the invention has, in particular in this embodiment:
- une épaisseur comprise entre 1 et 20 mm, de préférence supérieure à 2 mm, voire supérieure à 3 mm et/ou inférieure à 15 mm, à 10 mm, ou à 8 mm, et/ou - a thickness between 1 and 20 mm, preferably greater than 2 mm, or even greater than 3 mm and / or less than 15 mm, 10 mm, or 8 mm, and / or
- une longueur et/ou une largeur supérieure à 1 cm ou à 3 cm et/ou inférieure à 10 cm, à 8 cm, ou à 5 cm. - a length and / or a width greater than 1 cm or 3 cm and / or less than 10 cm, 8 cm, or 5 cm.
Dans un autre mode de réalisation, la pièce céramique peut notamment présenter la forme d’une pièce plate ou tubulaire. De préférence, la pièce céramique selon l’invention présente, notamment dans ce mode de réalisation : In another embodiment, the ceramic part may in particular have the shape of a flat or tubular part. Preferably, the ceramic part according to the invention has, in particular in this embodiment:
- une épaisseur comprise entre 2 mm et 100 mm, de préférence supérieure à 5 mm, voire supérieure à 10 mm et/ou inférieure à 90 mm, à 80 mm, à 70 mm, et/ou - a thickness between 2 mm and 100 mm, preferably greater than 5 mm, or even greater than 10 mm and / or less than 90 mm, 80 mm, 70 mm, and / or
- une longueur et/ou une largeur supérieure à 1 cm, 5 cm, 10 cm et/ou inférieure à 100 cm, à 80 cm, à 50 cm, à 30 cm. - a length and / or a width greater than 1 cm, 5 cm, 10 cm and / or less than 100 cm, 80 cm, 50 cm, 30 cm.
La pièce céramique est de préférence démontable de l’appareil de traitement, en particulier en vue de son nettoyage et/ou de sa purification. The ceramic part is preferably removable from the treatment apparatus, in particular with a view to its cleaning and / or its purification.
La pièce céramique est en un matériau fritté. The ceramic part is made of a sintered material.
Tous les procédés permettant de fabriquer une pièce frittée sont envisageables, à condition d’adapter la porosité. Cette adaptation peut en particulier consister en un ajout d’un agent porogène dans la charge de départ. All the processes for making a sintered part are possible, provided that the porosity is adapted. This adaptation can in particular consist of adding a pore-forming agent to the starting charge.
La pièce céramique peut être en particulier constituée de carbure de silicium ou de cordiérite ou d’oxyde de titane T1O2 ou de sous-oxydes T1O2-X où x est supérieur à 1 et inférieur à 2, de préférence compris entre 1,4 et 1,9, de préférence compris entre 1,5 et 1,9, ou de titanate d’aluminium ou de zircone ou d’alumine ou de mullite ou de silice ou de leurs mélanges.The ceramic part may in particular consist of silicon carbide or cordierite or titanium oxide T1O2 or of suboxides T1O2- X where x is greater than 1 and less than 2, preferably between 1.4 and 1 , 9, preferably between 1.5 and 1.9, or of aluminum or zirconia or alumina or mullite or silica titanate or mixtures thereof.
Selon une variante, la pièce céramique comporte plus de 80% en masse de carbure de silicium (SiC), voire plus de 90% de carbure de silicium, voire plus de 95% de carbure de silicium, voire est constituée essentiellement de carbure de silicium. Selon un mode de réalisation possible, le carbure de silicium peut être dopé avec un ou plusieurs éléments choisi(s) parmi l’azote (N), le gallium (Ga), le phosphore (P), le bore (B), l’aluminium (Al), le béryllium (Be) et leurs mélanges. According to one variant, the ceramic part comprises more than 80% by mass of silicon carbide (SiC), or even more than 90% of silicon carbide, or even more than 95% of silicon carbide, or even consists essentially of silicon carbide. . According to one possible embodiment, the silicon carbide can be doped with one or more elements chosen from nitrogen (N), gallium (Ga), phosphorus (P), boron (B), l aluminum (Al), beryllium (Be) and mixtures thereof.
Selon une variante préférée, le carbure de silicium est du carbure de silicium recristallisé, en particulier sous forme alpha. According to a preferred variant, the silicon carbide is recrystallized silicon carbide, in particular in alpha form.
Selon une autre variante, la pièce céramique est constituée, en pourcentage massique sur la base des phases cristallisées, de 25 à 55% de mullite (3AI2O3-2S1O2), 20 à 65% de corindon (AI2O3 sous forme cristalline alpha), 10 à 40% de zircone (Z1Ό2), la mullite, le corindon et la zircone représentant ensemble plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 98% de la masse des phases cristallisées. La description qui suit est faite en référence à une application à un appareil électrique du type climatiseur. Cette application n’est cependant pas limitative. En particulier, l’appareil peut être un équipement de protection individuelle comme un masque. According to another variant, the ceramic part consists, in percentage by mass on the basis of the crystallized phases, from 25 to 55% of mullite (3AI 2 O 3 -2S1O 2 ), 20 to 65% of corundum (Al 2 O 3 under alpha crystalline form), 10 to 40% zirconia (Z1Ό2), mullite, corundum and zirconia together representing more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the crystallized phases. The following description is given with reference to an application to an electrical appliance of the air conditioner type. This application is not, however, limiting. In particular, the device can be personal protective equipment such as a mask.
Premier mode de réalisation principal : filtration First main embodiment: filtration
De préférence, comme représenté sur la figure 5, l’appareil de traitement 1 comporte une pièce céramique 2 et un circulateur 3 permettant de faire circuler de l’air A contaminé et/ou pollué, de préférence à une température inférieure à 30°C, à 25°C et/ou supérieure à 10°C, de préférence supérieure à 15°C, à travers la pièce céramique 2. Preferably, as shown in FIG. 5, the treatment apparatus 1 comprises a ceramic part 2 and a circulator 3 making it possible to circulate contaminated and / or polluted air A, preferably at a temperature below 30 ° C. , at 25 ° C and / or above 10 ° C, preferably above 15 ° C, through the ceramic part 2.
L’appareil peut également comporter, de manière optionnelle, un échangeur de chaleur, non représenté, pour modifier la température de l’air, et/ou un humidificateur, non représenté, pour modifier l’humidité de l’air. The apparatus may also optionally include a heat exchanger, not shown, to change the air temperature, and / or a humidifier, not shown, to change the humidity of the air.
Classiquement, le circulateur peut comporter, par exemple, une pompe et un ensemble de conduites. Il est optionnel. Par exemple, pour un masque respiratoire, aucun circulateur n’est nécessaire, la circulation résultant de l’inspiration par le porteur du masque. Conventionally, the circulator can include, for example, a pump and a set of pipes. It is optional. For example, for a breathing mask, no circulator is needed, the circulation resulting from inspiration by the wearer of the mask.
La pièce céramique présente une porosité totale élevée afin d’autoriser une traversée du filtre avec une perte de charge réduite. La porosité doit cependant être suffisamment fine pour assurer une fonction de filtration adaptée aux particules visées. Mais la pièce céramique ne doit pas se colmater trop rapidement. The ceramic part has a high total porosity in order to allow passage of the filter with a reduced pressure drop. The porosity must however be fine enough to provide a filtration function suitable for the particles targeted. But the ceramic part should not clog up too quickly.
De préférence, plus de 95%, plus de 97%, plus de 99% de la porosité totale du produit est ouverte. Preferably, more than 95%, more than 97%, more than 99% of the total porosity of the product is open.
Les mousses céramiques poreuses, qui présentent une faible densité (5 à 50% de la densité théorique), se sont avérées remarquablement bien adaptées. Porous ceramic foams, which have a low density (5 to 50% of the theoretical density), have proved to be remarkably well suited.
Elles peuvent être constituées à partir de la grande majorité des poudres céramiques, en particulier l'alumine ou le carbure de silicium. They can be made from the vast majority of ceramic powders, in particular alumina or silicon carbide.
Les mousses céramiques à base de carbure de silicium recristallisé décrites dans EP 1 778 601 présentent des surfaces disponibles particulièrement élevées ou, à surface disponible équivalente, une densité plus faible. Le carbure de silicium recristallisé est particulièrement intéressant, car il permet d’obtenir des pièces présentant une microstructure spécifique. Les figures 1 à 3 illustrent la micro structure spécifique d’une mousse en carbure de silicium recristallisé. The ceramic foams based on recrystallized silicon carbide described in EP 1 778 601 have particularly high available surfaces or, for an equivalent available surface area, a lower density. Recrystallized silicon carbide is particularly advantageous because it makes it possible to obtain parts having a specific microstructure. Figures 1 to 3 illustrate the specific micro structure of a recrystallized silicon carbide foam.
Les parois en carbure de silicium recristallisé délimitant les cellules 10 sont formées par agglomération de grains 18, cette agglomération laissant subsister des interstices 20, ou « pores intergranulaires » entre les grains 18. The walls of recrystallized silicon carbide delimiting the cells 10 are formed by agglomeration of grains 18, this agglomeration leaving interstices 20, or “intergranular pores” between the grains 18.
Les parois présentent ainsi une porosité dite « intergranulaire ». La porosité intergranulaire est donc constituée par les espaces interstitiels que crée nécessairement entre des grains l’agglomération de ces grains. The walls thus have a so-called “intergranular” porosity. The intergranular porosity is therefore made up of the interstitial spaces that the agglomeration of these grains necessarily creates between the grains.
Les cellules 10 sont interconnectées par des fenêtres d’interconnexion 12. Des cellules superficielles débouchent par des ouvertures 16 vers l’extérieur. La porosité d’interconnexion est créée par les « pores cellulaires », à savoir les fenêtres d’interconnexion 12 entre les cellules 10 et les ouvertures 16 vers l’extérieur des cellules superficielles.The cells 10 are interconnected by interconnection windows 12. Surface cells open out through openings 16 to the outside. Interconnecting porosity is created by "cell pores", namely the interconnecting windows 12 between cells 10 and openings 16 to the exterior of surface cells.
Dans le cas particulier des mousses en carbure de silicium recristallisé, la porosité intergranulaire coexiste ainsi avec la porosité d’interconnexion. In the particular case of recrystallized silicon carbide foams, the intergranular porosity thus coexists with the interconnection porosity.
Dans l’exemple représenté sur les figures 1 à 3, on observe la présence de pores cellulaires et de pores intergranulaires plus petits. In the example shown in Figures 1 to 3, we observe the presence of cell pores and smaller intergranular pores.
La porosité intergranulaire est fonction de la taille des grains de la poudre céramique, en particulier de carbure de silicium, utilisée. The intergranular porosity is a function of the grain size of the ceramic powder, in particular of silicon carbide, used.
La porosité d’interconnexion est fonction de l’agent moussant, mis en œuvre, en particulier en fonction de sa quantité dans la charge de départ qui est mise en forme pour constituer la préforme. The interconnection porosity is a function of the foaming agent used, in particular its quantity in the starting charge which is shaped to constitute the preform.
La présence de la porosité intergranulaire confère en effet à la fois une très grande surface disponible et une faible densité. The presence of intergranular porosity in fact confers both a very large available surface area and a low density.
Les mousses à porosité intergranulaire sont donc efficaces pour la filtration et/ou comme support pour un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes, et/ou comme support de catalyseur, tout en étant légères. Intergranular porosity foams are therefore effective for filtration and / or as a support for an inactivating coating of one or more pathogens, and / or as a catalyst support, while being lightweight.
De préférence : la taille médiane des pores intergranulaires est 10 à 100 fois plus petite que celle des pores cellulaires ; et/ou la porosité intergranulaire est d'au moins 5 %, de préférence d'au moins 8 %, de préférence encore d'au moins 10% et/ou inférieure à 25%, voire inférieure à 20% ; et/ou la taille médiane des pores cellulaires est inférieure à 400 pm, voire inférieure à 300 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 180 pm, voire inférieure à 160 pm et supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm, voire supérieure à 80 pm ; et/ou la taille médiane des pores intergranulaires est inférieure à 25 pm, voire inférieure à 20 pm et supérieure à 4 pm, voire supérieure à 7 pm ; et/ou la répartition de la taille des pores est bimodale ; et/ou la porosité totale est supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70%. Preferably: the median size of intergranular pores is 10 to 100 times smaller than that of cellular pores; and / or the intergranular porosity is at least 5%, preferably at least 8%, more preferably at least 10% and / or less than 25%, or even less than 20%; and / or the median size of the cellular pores is less than 400 μm, or even less than 300 μm, or even less than 200 μm, or even less than 180 μm, or even less than 160 μm and greater than 40 μm, or even greater than 50 μm, or even greater than 80 μm; and / or the median size of the intergranular pores is less than 25 μm, or even less than 20 μm and greater than 4 μm, or even greater than 7 μm; and / or the pore size distribution is bimodal; and / or the total porosity is greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70%.
De telles mousses peuvent être notamment fabriquées suivant les étapes successives suivantes : a) préparation d’un mélange M contenant une poudre céramique en suspension, au moins un agent gélifiant et au moins un agent moussant, à une température de mélange supérieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, b) cisaillement dudit mélange M à une température de moussage supérieure à ladite température de gélification, jusqu’à obtention d’une mousse intermédiaire, c) gélification de ladite mousse intermédiaire par refroidissement de ladite mousse intermédiaire à une température inférieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, d) séchage de ladite mousse gélifiée de manière à obtenir une préforme dont l’humidité après séchage est de préférence inférieure à 1%, e) cuisson par traitement à haute température de ladite préforme de manière à obtenir une mousse céramique poreuse. Such foams can in particular be manufactured according to the following successive steps: a) preparation of a mixture M containing a ceramic powder in suspension, at least one gelling agent and at least one foaming agent, at a mixing temperature above the temperature of gelation of said gelling agent, b) shearing of said mixture M at a foaming temperature above said gelation temperature, until an intermediate foam is obtained, c) gelation of said intermediate foam by cooling said intermediate foam to a lower temperature at the gelling temperature of said gelling agent, d) drying of said gelled foam so as to obtain a preform whose humidity after drying is preferably less than 1%, e) curing by high temperature treatment of said preform so as to obtain a porous ceramic foam.
EP 1 778 601 fournit des détails supplémentaires sur les étapes a) à e). EP 1 778 601 provides further details on steps a) to e).
Pour une application à un traitement d’air, les inventeurs ont cependant perfectionné ces étapes avec les caractéristiques préférées suivantes : A l’étape b), la durée de cisaillement est de préférence supérieure à 25 min, de manière à incorporer suffisamment d’air pour atteindre le pourcentage de porosité souhaité. For an application to an air treatment, the inventors have however improved these steps with the following preferred characteristics: In step b), the shearing time is preferably greater than 25 min, so as to incorporate sufficient air to achieve the desired percentage of porosity.
A l’étape a), un stabilisant peut être ajouté, comme décrit dans EP 1 778 601, mais la présence d’un agent stabilisant est optionnelle. De préférence, le mélange M ne comporte pas d’agent stabilisant et les conditions de gélification et séchage sont adaptées pour permettre la stabilisation structurelle de la mousse : In step a), a stabilizer can be added, as described in EP 1 778 601, but the presence of a stabilizer is optional. Preferably, the mixture M does not contain a stabilizing agent and the gelation and drying conditions are suitable to allow structural stabilization of the foam:
A l’étape c), la gélification est de préférence réalisée à une température, en °C, au moins 2 fois, voire au moins 3 fois ou encore au moins cinq fois plus faible que la température de gélification de l’agent gélifiant, en °C. De préférence encore, la mousse intermédiaire obtenue à l’issue de l’étape b) est refroidie brutalement (trempe) jusqu’à cette température, de préférence à une vitesse de refroidissement supérieure à 20°C/minute, de préférence supérieure à 30°C/minute. De préférence, la mousse intermédiaire est refroidie immédiatement après la fin de l’étape b), de préférence moins de 5 minutes après la fin de l’étape b). A cet effet, la mousse intermédiaire est de préférence installée en étuve climatique. In step c), the gelation is preferably carried out at a temperature, in ° C, at least 2 times, even at least 3 times or even at least five times lower than the gelation temperature of the gelling agent, in ° C. More preferably, the intermediate foam obtained at the end of step b) is suddenly cooled (quenching) to this temperature, preferably at a cooling rate greater than 20 ° C / minute, preferably greater than 30 ° C / minute. Preferably, the intermediate foam is cooled immediately after the end of step b), preferably less than 5 minutes after the end of step b). For this purpose, the intermediate foam is preferably installed in a climatic oven.
A l’étape d), la mousse intermédiaire est de préférence séchée en deux opérations successives. In step d), the intermediate foam is preferably dried in two successive operations.
La première opération de séchage consiste à augmenter progressivement la température tout en la maintenant inférieure à la température de gélification, de préférence dans une étuve climatique, de préférence dans l’étuve climatique utilisée pour la gélification. Dans une étuve climatique, la température et l’humidité sont régulées, de préférence jusqu’à saturer en humidité l’intérieur de l’étuve, et une ventilation forcée permet d’extraire l’eau. La température est de préférence augmentée à mesure que l’humidité résiduelle de la mousse gélifiée diminue, sans dépasser la température de gélification. La température est de préférence augmentée pendant une durée supérieure à 1 heure, de préférence supérieure à 24 h, à 48 h, à 72 h, à 96 h, à 120 h, et/ou inférieure à 1 semaine. Elle peut être augmentée par palier ou progressivement, de préférence par palier. The first drying operation is to gradually increase the temperature while keeping it below the gelation temperature, preferably in a climatic oven, preferably in the climatic oven used for gelation. In a climatic oven, temperature and humidity are regulated, preferably until the interior of the oven is saturated with humidity, and forced ventilation allows the water to be extracted. The temperature is preferably increased as the residual moisture of the gel foam decreases, without exceeding the gel temperature. The temperature is preferably increased for a period greater than 1 hour, preferably greater than 24 h, 48 h, 72 h, 96 h, 120 h, and / or less than 1 week. It can be increased step by step or gradually, preferably step by step.
Cette première opération de séchage est de préférence poursuivie jusqu’à ce que l’humidité résiduelle de la mousse gélifiée atteigne une valeur intermédiaire, de préférence supérieure à 70% de l’humidité initiale et/ou inférieure à 95%, de préférence inférieure à 90% de l’humidité initiale. De préférence, la première opération de séchage est poursuivie jusqu’à ce que l’humidité résiduelle de la mousse gélifiée soit inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%, et/ou supérieure à 2%, de préférence supérieure à 3% ou à 4%. This first drying operation is preferably continued until the residual humidity of the gelled foam reaches an intermediate value, preferably greater than 70% of the initial humidity and / or less than 95%, preferably less than 90% of the initial humidity. Preferably, the first drying operation is continued until that the residual humidity of the gelled foam is less than 10%, preferably less than 5%, and / or greater than 2%, preferably greater than 3% or 4%.
La deuxième opération de séchage comporte de préférence un séchage à une température supérieure à 40°C, à 50°C, à 60°C, à 80°C ou à 100°C, de préférence jusqu’à réduire l’humidité résiduelle à moins de 1%. The second drying operation preferably comprises drying at a temperature above 40 ° C, at 50 ° C, at 60 ° C, at 80 ° C or at 100 ° C, preferably until the residual humidity is reduced to less than 1%.
Ces conditions préférées permettent avantageusement de figer la structure de la mousse, même en l’absence d’agent stabilisant, ce qui facilite le contrôle de cette structure et permet notamment de limiter la taille des pores, en particulier de manière à ce que les pores de taille supérieure à 300 pm représentent moins de 10% en volume de la porosité. Elles présentent également l’avantage d’être faciles à mettre en œuvre, même de manière industrielle. These preferred conditions advantageously make it possible to set the structure of the foam, even in the absence of a stabilizing agent, which facilitates the control of this structure and makes it possible in particular to limit the size of the pores, in particular so that the pores of size greater than 300 μm represent less than 10% by volume of the porosity. They also have the advantage of being easy to implement, even industrially.
Enfin, elles évitent un affaissement de la mousse, même en l’absence d’agent stabilisant, ce qui permet de fabriquer une mousse céramique présentant une grande épaisseur, par exemple supérieure à 60 mm ou supérieure à 80 mm. Finally, they prevent sagging of the foam, even in the absence of a stabilizing agent, which makes it possible to manufacture a ceramic foam having a great thickness, for example greater than 60 mm or greater than 80 mm.
L’invention concerne ainsi un procédé de fabrication d’une mousse céramique comportant les étapes a) à e), dans lequel l’étape d) comporte une dite première opération de séchage, de préférence en étuve climatique. The invention thus relates to a process for manufacturing a ceramic foam comprising steps a) to e), in which step d) comprises a so-called first drying operation, preferably in a climatic oven.
D’une manière générale, l’homme du métier sait comment modifier la distribution de la taille des pores, en particulier en modifiant la rhéologie et le cisaillement. Generally, one skilled in the art knows how to modify the pore size distribution, in particular by modifying the rheology and the shear.
Notamment, il sait augmenter la porosité totale, et en particulier la porosité cellulaire, en augmentant la quantité d’air dans la mousse, par exemple en augmentant la durée et/ou la vitesse de cisaillement. In particular, he knows how to increase the total porosity, and in particular the cell porosity, by increasing the quantity of air in the foam, for example by increasing the duration and / or the speed of shearing.
Il sait également que la porosité intergranulaire peut être augmentée en augmentant la taille des particules de la poudre céramique. He also knows that the intergranular porosity can be increased by increasing the particle size of the ceramic powder.
Selon un mode de réalisation particulier, la pièce céramique, et en particulier la mousse céramique, présente une porosité totale moins élevée du côté de l’air à décontaminer. According to a particular embodiment, the ceramic part, and in particular the ceramic foam, has a lower total porosity on the side of the air to be decontaminated.
En particulier, comme représenté sur la figure 4, elle peut comporter un corps poreux 25 et une ou plusieurs couches superficielles 26-27 superposées à partir de la surface du corps poreux, la porosité totale et/ou la taille médiane des pores des couches superficielles étant différente, de préférence inférieure à la porosité totale au barycentre C du corps poreux. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la porosité totale de la couche superficielle est inférieure à 0,95, à 0,90 ou 0,8 fois la porosité totale au barycentre du corps poreux. In particular, as shown in Figure 4, it may include a porous body 25 and one or more surface layers 26-27 superimposed from the surface of the porous body, the total porosity and / or the median pore size of the surface layers. being different, preferably less than the total porosity at the barycenter C of the porous body. In a particularly advantageous embodiment, the total porosity of the surface layer is less than 0.95, 0.90 or 0.8 times the total porosity at the barycenter of the porous body.
De préférence la porosité totale de la couche superficielle est supérieure à 30%, voire supérieure à 35% et de préférence inférieure à 70%, voire inférieure à 60%, voire inférieure à 50%. Preferably, the total porosity of the surface layer is greater than 30%, or even greater than 35% and preferably less than 70%, or even less than 60%, or even less than 50%.
De préférence, les pores de la couche superficielle présentent une taille médiane supérieure à 1 pm, voire supérieure à 2 pm, voire supérieure à 3 pm et inférieure à 20 pm, voire inférieure à 10 pm, voire inférieure à 5 pm. Preferably, the pores of the surface layer have a median size greater than 1 μm, or even greater than 2 μm, or even greater than 3 μm and less than 20 μm, or even less than 10 μm, or even less than 5 μm.
L’épaisseur de la couche superficielle est de préférence comprise entre 5 et 500 pm, de préférence supérieure à 10 pm et/ou inférieure à 400 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 100 pm. The thickness of the surface layer is preferably between 5 and 500 μm, preferably greater than 10 μm and / or less than 400 μm, or even less than 200 μm, or even less than 100 μm.
Dans un mode de réalisation, la pièce céramique comporte plusieurs dites couches superficielles superposées à partir de la surface du corps poreux, les couches céramiques superficielles superposées présentant des porosités totales respectives et/ou des tailles médianes de pores différentes. In one embodiment, the ceramic part has a plurality of said superimposed surface layers from the surface of the porous body, the superimposed superficial ceramic layers having respective total porosities and / or different median pore sizes.
Selon une variante, la ou les couche(s) superficielle(s) peuvent être espacées du corps poreux. According to one variant, the surface layer (s) can be spaced from the porous body.
Dans un mode de réalisation, la porosité totale et/ou la taille médiane des pores est d’autant plus faible que la couche superficielle est éloignée du corps poreux 25. Il existe ainsi un gradient de porosité totale, la porosité totale et la taille médiane de la couche définissant la face d’entrée 30 de l’air à filtrer étant inférieure celles de la ou les autre(s) couche(s). In one embodiment, the total porosity and / or the median size of the pores is all the lower the further the surface layer is from the porous body 25. There is thus a gradient of total porosity, the total porosity and the median size. of the layer defining the inlet face 30 of the air to be filtered being lower than those of the other layer (s).
De préférence, la porosité totale d’une couche superficielle, de préférence de chaque couche superficielle est supérieure à 30%, voire supérieure à 35% et de préférence inférieure à 70%, voire inférieure à 60%, voire inférieure à 50%. Preferably, the total porosity of a surface layer, preferably of each surface layer, is greater than 30%, or even greater than 35% and preferably less than 70%, or even less than 60%, or even less than 50%.
De préférence, les pores d’une couche superficielle, de préférence de chaque couche superficielle présentent une taille médiane supérieure à 1 pm, voire supérieure à 2 pm, voire supérieure à 3 pm et inférieure à 20 pm, voire inférieure à 10 pm, voire inférieure à 5 pm. L’épaisseur d’une couche superficielle, de préférence de l’ensemble des couches superficielles est de préférence comprise entre 5 et 500 pm, de préférence supérieure à 10 pm et/ou inférieure à 400 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 100 pm. Preferably, the pores of a surface layer, preferably of each surface layer have a median size greater than 1 μm, or even greater than 2 μm, or even greater than 3 μm and less than 20 μm, or even less than 10 μm, or even less than 5 pm. The thickness of a surface layer, preferably of all the surface layers is preferably between 5 and 500 μm, preferably greater than 10 μm and / or less than 400 μm, or even less than 200 μm, or even less at 100 pm.
Les différentes couches peuvent résulter de la juxtaposition de différentes pièces céramiques unitaires ou bien de la projection d’un revêtement adhérent sur la surface du corps poreux ou bien de l’imprégnation d’une partie du corps poreux afin d’en modifier localement la porosité. The different layers can result from the juxtaposition of different individual ceramic pieces or from the projection of an adherent coating on the surface of the porous body or from the impregnation of a part of the porous body in order to locally modify the porosity. .
En particulier lorsque la pièce céramique est une mousse céramique de carbure de silicium recristallisé, une dite couche superficielle peut être obtenue par imprégnation d’une partie de l’épaisseur de la préforme par une barbotine à base de carbure de silicium. La barbotine peut optionnellement comporter des agents porogènes comme un agent moussant. La barbotine remplit alors au moins partiellement les pores. Après frittage, elle conduit ainsi à une dite couche superficielle. In particular when the ceramic part is a ceramic foam of recrystallized silicon carbide, a said surface layer can be obtained by impregnating part of the thickness of the preform with a slip based on silicon carbide. The slip may optionally include pore-forming agents such as a foaming agent. The slip then at least partially fills the pores. After sintering, it thus leads to a so-called surface layer.
De préférence, la partie imprégnée s’étend à partir de la face d’entrée 30 de l’air à filtrer.Preferably, the impregnated portion extends from the inlet face 30 of the air to be filtered.
Une porosité variable selon la profondeur permet avantageusement de piéger mécaniquement des particules de différentes tailles, et donc d’élargir le spectre des applications possibles. Variable porosity depending on the depth advantageously makes it possible to mechanically trap particles of different sizes, and therefore to broaden the spectrum of possible applications.
Selon une variante avantageuse, quel que ce soit le type de pièce céramique, la pièce céramique est dépourvue d’un revêtement. Elle agit alors comme un pur filtre. According to an advantageous variant, whatever the type of ceramic part, the ceramic part is devoid of a coating. It then acts as a pure filter.
Deuxième mode de réalisation principal : décontamination Second main embodiment: decontamination
Dans un mode de réalisation, au moins une partie de la surface extérieure et/ou de la surface définie par le réseau poreux de la pièce céramique est revêtue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes. In one embodiment, at least a portion of the exterior surface and / or the porous network-defined surface of the ceramic part is coated with a coating for inactivating one or more pathogens.
Le revêtement d’inactivation est adapté aux agents pathogènes à inactiver. The inactivation coating is suitable for the pathogens to be inactivated.
En particulier, le revêtement d’inactivation peut être un revêtement éliminant un ou plusieurs agents pathogènes, par exemple bactéricide et/ou virucide. Le revêtement d’inactivation peut être notamment constitué de nanoparticules, notamment à base d’argent et/ou de cuivre.In particular, the inactivation coating can be a coating eliminating one or more pathogens, for example bactericidal and / or virucidal. The inactivation coating may in particular consist of nanoparticles, in particular based on silver and / or copper.
Le revêtement d’inactivation peut être déposé par imprégnation directement dans la structure poreuse. En particulier, lorsqu’il s’agit d’une mousse céramique, le revêtement d’inactivation peut être déposé par imprégnation directement sur les parois du réseau poreux de la mousse. The inactivation coating can be deposited by impregnation directly into the porous structure. In particular, in the case of a ceramic foam, the coating inactivation can be deposited by impregnation directly on the walls of the porous network of the foam.
Un revêtement d’inactivation est particulièrement utile si la micro structure de la pièce céramique ne suffit pas à empêcher les agents pathogènes de traverser la pièce céramique. De simples essais permettent de vérifier si cette situation se produit. An inactivating coating is particularly useful if the micro structure of the ceramic part is not sufficient to prevent pathogens from passing through the ceramic part. Simple tests can verify if this situation occurs.
La microstructure très poreuse, et en particulier la micro structure d’une mousse céramique, offre avantageusement une très grande surface d’échange avec le revêtement d’inactivation. The very porous microstructure, and in particular the micro structure of a ceramic foam, advantageously offers a very large exchange surface with the inactivation coating.
Troisième mode de réalisation principal : dépollution Third main embodiment: pollution control
Dans un mode de réalisation, au moins une partie de la surface définie par le réseau poreux est revêtue d’un revêtement catalytique adapté à l’élimination d’au moins un polluant atmosphérique choisi parmi les oxydes d'azote (NOx), les oxydes de soufre (SOx), les composés organiques volatils similaires (COV). In one embodiment, at least part of the surface defined by the porous network is coated with a catalytic coating suitable for removing at least one atmospheric pollutant chosen from nitrogen oxides (NOx), oxides sulfur (SOx), similar volatile organic compounds (VOCs).
Tous les revêtements utilisés dans les applications à la dépollution de gaz peuvent être utilisés pour la pièce céramique. La pièce céramique peut être en particulier pourvue d’un revêtement catalytique permettant l’élimination de oxydes d’azotes et ou oxydes de soufre. Le revêtement peut notamment être à base de platine. All coatings used in gas abatement applications can be used for the ceramic part. The ceramic part can in particular be provided with a catalytic coating allowing the elimination of nitrogen oxides and / or sulfur oxides. The coating can in particular be based on platinum.
Le revêtement peut être déposé sur Tune des faces externes de la pièce céramique, de préférence la face d’entrée d’air à filtrer. The coating can be deposited on one of the outer faces of the ceramic part, preferably the air inlet face to be filtered.
La microstructure très poreuse, et en particulier la micro structure d’une mousse céramique, offre avantageusement une très grande surface d’échange avec le revêtement catalytique. The very porous microstructure, and in particular the micro structure of a ceramic foam, advantageously offers a very large exchange surface with the catalytic coating.
Nettoyage, purification Cleaning, purification
Quel que soit le mode de réalisation, la pièce céramique offre une excellente tenue mécanique à la compression et permet une grande variété de formes. Whatever the embodiment, the ceramic part offers excellent mechanical resistance to compression and allows a wide variety of shapes.
Avantageusement, la pièce céramique peut être nettoyée et/ou purifiée pour être réutilisée. Le nettoyage consiste à extraire la matière indésirable accumulée dans les pores. La purification consiste à inactiver les agents pathogènes accumulés dans les pores. Advantageously, the ceramic part can be cleaned and / or purified in order to be reused. Cleaning involves removing unwanted material that has accumulated in the pores. Purification consists of inactivating pathogens accumulated in the pores.
La réfractarité, la stabilité chimique et la tenue mécanique des matériaux céramiques, en particulier du carbure de silicium, permettent notamment de soumettre la pièce céramique, voire l’appareil de traitement de l’air selon l’invention, à un traitement thermique, continu ou ponctuel (en particulier quand il s’agit d’un équipement de protection individuelle comme un masque), pour éliminer les agents pathogènes, et en particulier les virus et les bactéries, sensibles à la chaleur. The refractoriness, chemical stability and mechanical strength of ceramic materials, in particular silicon carbide, make it possible in particular to subject the ceramic part, or even the air treatment apparatus according to the invention, to a continuous heat treatment. or punctual (especially when it comes to personal protective equipment such as a mask), to eliminate pathogens, and in particular viruses and bacteria, sensitive to heat.
La durée du traitement thermique est adaptée aux agents pathogènes et à la température appliquée. The duration of the heat treatment is adapted to the pathogens and the temperature applied.
Des traitements thermiques à des températures plus élevées peuvent également être mis en œuvre pour brûler les particules filtrées et ainsi nettoyer le filtre. Heat treatments at higher temperatures can also be used to burn off the filtered particles and thus clean the filter.
Le nettoyage et/ou la purification peuvent également résulter d’une action chimique, par exemple bactéricide ou virucide. Par exemple, la pièce céramique peut être plongée dans un bain bactéricide ou virucide. Cleaning and / or purification can also result from a chemical action, for example bactericidal or virucidal. For example, the ceramic part can be immersed in a bactericidal or virucidal bath.
Le nettoyage ou la purification peuvent encore résulter d’une action mécanique, par exemple en lavant la pièce céramique, par exemple en la passant au lave-vaisselle. Cleaning or purification can also result from a mechanical action, for example by washing the ceramic part, for example by putting it in the dishwasher.
L’appareil de traitement peut optionnellement comprendre un détecteur de perte de charge 32 et une unité électronique 34 de commande du détecteur de perte de charge 32. The treatment apparatus may optionally include a pressure drop detector 32 and an electronic unit 34 for controlling the pressure drop detector 32.
Le détecteur de perte de charge 32 peut être par exemple un tube de Pitot, avec un capillaire intégré à la capsule en verre ou en métal. The pressure drop detector 32 may for example be a Pitot tube, with a capillary integrated into the glass or metal capsule.
Le détecteur de perte de charge 32 et l’unité électronique permettent d’évaluer le niveau d’encrassement en continu ou de manière ponctuelle et d’informer un opérateur en conséquence, par exemple au moyen d’un écran. The pressure drop detector 32 and the electronic unit make it possible to assess the level of contamination continuously or on an ad hoc basis and to inform an operator accordingly, for example by means of a screen.
De préférence, l’appareil de traitement comporte encore un outil de nettoyage et/ou de purification 36. Dans un mode de réalisation préféré, la pièce céramique est démontée et soumise à cet outil. Preferably, the treatment apparatus further comprises a cleaning and / or purification tool 36. In a preferred embodiment, the ceramic part is disassembled and subjected to this tool.
De préférence, cet outil, par exemple une résistance chauffante, est intégré dans l’appareil de traitement, par exemple fixé en contact avec la pièce céramique. De préférence, il est commandé par l’unité électronique 34, de préférence en fonction d’une information reçue du détecteur de perte de charge. L’unité électronique 34 peut ainsi déclencher une opération de nettoyage ou de purification de la pièce céramique à intervalle de temps régulier et/ou en fonction de l’information fournie par le détecteur de perte de charge 32. L’appareil de traitement peut optionnellement comprendre une mémoire informatique 38 dans laquelle est enregistrée une information relative à la pièce céramique, par exemple un identifiant ou une photo montrant son état à un instant. Preferably, this tool, for example a heating resistor, is integrated into the treatment apparatus, for example fixed in contact with the ceramic part. Preferably, it is controlled by the electronic unit 34, preferably as a function of information received from the pressure drop detector. The electronic unit 34 can thus trigger an operation for cleaning or purifying the ceramic part at regular time intervals and / or according to the information supplied by the pressure drop detector 32. The processing apparatus may optionally comprise a computer memory 38 in which is recorded information relating to the ceramic part, for example an identifier or a photo showing its state at a time.
Une telle mémoire, par exemple de type puce RFID, permet avantageusement de faciliter la traçabilité. Such a memory, for example of the RFID chip type, advantageously makes it possible to facilitate traceability.
Fonctionnement Functioning
Le fonctionnement découle directement de la description qui précède. The operation follows directly from the above description.
Initialement, une photo de la microstructure de la pièce céramique est prise et enregistrée dans la mémoire informatique 38. Initially, a photo of the microstructure of the ceramic part is taken and saved in computer memory 38.
Le circulateur 3, alimenté en énergie par exemple par le réseau électrique, aspire de l’air pollué et/ou contaminé A et le fait circuler à travers la pièce céramique 2. Les particules contaminées et les particules polluantes sont retenues par la microstructure frittée poreuse.The circulator 3, supplied with energy for example by the electrical network, sucks in polluted and / or contaminated A air and circulates it through the ceramic part 2. The contaminated particles and the polluting particles are retained by the porous sintered microstructure .
La variation de la porosité par couche, et en particulier la présence des couches superficielles 26 et 27, permet avantageusement une filtration d’un large éventail de particules. The variation in porosity per layer, and in particular the presence of surface layers 26 and 27, advantageously allows filtration of a wide range of particles.
Les particules, mais aussi les gaz polluants contenus dans l’air, entrent également en contact avec le revêtement d’inactivation et avec le revêtement catalytique. Le contact avec le revêtement d’inactivation provoque l’inactivation, et de préférence la destruction d’agents pathogènes. Le contact avec le revêtement catalytique provoque une réaction chimique de destruction de certains gaz polluants. La filtration contribue à assurer un contact prolongé de l’air avec les revêtements. L’action de destruction d’agents pathogènes et/ou d’agents pathogènes est donc très efficace. Particles, but also polluting gases in the air, also come into contact with the activation coating and with the catalytic coating. Contact with the inactivating coating causes inactivation, and preferably destruction of pathogens. Contact with the catalytic coating causes a chemical reaction to destroy certain polluting gases. Filtration helps ensure prolonged air contact with the coatings. The action of destroying pathogens and / or pathogens is therefore very effective.
L’air traité T ressort de l’appareil de traitement, sous l’effet de la pression exercée par le circulateur. The treated air T exits the treatment unit under the effect of the pressure exerted by the circulator.
Après une certaine durée d’utilisation, ou sur instruction d’un opérateur, ou suite à la détection d’un colmatage par le détecteur de perte de charge 32, l’unité électronique 34 commande la résistance chauffante 36 de manière à détruire les agents pathogènes et/ou éliminer la matière accumulée. After a certain period of use, or on the instruction of an operator, or following the detection of a clogging by the pressure drop detector 32, the electronic unit 34 controls the heating resistor 36 so as to destroy the agents. pathogens and / or remove accumulated material.
La destruction des agents pathogènes peut ainsi résulter du contact avec le revêtement d’inactivation et/ou d’un chauffage. Dans certaines applications, le revêtement d’inactivation est donc optionnel. Après nettoyage et/ou purification, la pièce céramique 2 peut être réutilisée. Destruction of pathogens can thus result from contact with the inactivating coating and / or heating. In some applications, the inactivation coating is therefore optional. After cleaning and / or purification, the ceramic part 2 can be reused.
A tout instant, la micro structure de la pièce céramique peut être comparée à la photo enregistrée dans la mémoire informatique 38. At any time, the micro structure of the ceramic part can be compared to the photo recorded in the computer memory 38.
Exemples de réalisation Examples of realization
Les exemples qui suivent sont fournis à titre uniquement illustratif. Ils ne sont pas limitatifs et permettent de mieux comprendre les avantages techniques liés à la mise en œuvre de la présente invention. The following examples are provided for illustrative purposes only. They are not limiting and make it possible to better understand the technical advantages associated with the implementation of the present invention.
Les proportions des poudres de carbure de silicium et des additifs utilisés pour fabriquer les mélanges mousseux sont fournis dans le tableau 1 suivant. SiCi, S1C2, et SiC 3 désignent les pourcentages massiques des trois poudres de carbure de silicium utilisées, sur la base de la matière minérale. Les pourcentages des additifs sont fournis sur la base de la masse de la matière minérale (SiC). The proportions of the silicon carbide powders and the additives used to make the foamy mixtures are provided in Table 1 below. SiCi, S1C2, and SiC 3 denote the mass percentages of the three silicon carbide powders used, on the basis of the mineral material. The percentages of the additives are given on the basis of the mass of the mineral material (SiC).
La mousse céramique de l’exemple 1 a été réalisée à partir de l’enseignement de W02006018536A1, en particulier des exemples 21 à 23. The ceramic foam of Example 1 was made from the teaching of WO2006018536A1, in particular from Examples 21 to 23.
Dans cet exemple, le pré-mélange aqueux B comprenant la gélatine, l’agent moussant, la glycérine et le durcissant dilués dans 58% d’eau déminéralisée a été chauffé dans un bain- marie à 55°C. In this example, the aqueous premix B comprising gelatin, foaming agent, glycerin and hardener diluted in 58% deionized water was heated in a water bath at 55 ° C.
La barbotine en phase aqueuse A comprenant les poudres minérales de SiC, dont la charge massique est de 80% et dont le pH a été ajusté par ajout de soude à 10,5 a été ajoutée au pré mélange B. The aqueous phase slip A comprising the mineral SiC powders, the mass load of which is 80% and the pH of which has been adjusted by adding sodium hydroxide to 10.5 was added to the premix B.
Après une agitation mécanique constante pendant 28 minutes (étape b)), la mousse intermédiaire obtenue a été coulée, à température ambiante (20°C), dans un moule permettant de fabriquer une préforme de dimensions 600mm x 400mm x 65mm. After constant mechanical stirring for 28 minutes (step b)), the intermediate foam obtained was poured, at room temperature (20 ° C), into a mold making it possible to manufacture a preform of dimensions 600mm x 400mm x 65mm.
Après coulage, le moule a été placé dans une étuve climatique sous ventilation forcée.After casting, the mold was placed in a climatic oven under forced ventilation.
La température dans l’étuve a été descendue à 5°C pour gélifier la mousse intermédiaire (étape c)). The temperature in the oven was lowered to 5 ° C to gel the intermediate foam (step c)).
Puis la mousse gélifiée obtenu a été séchée (étape d)), dans l’étuve climatique, selon le cycle suivant (première opération de séchage): Then the gelled foam obtained was dried (step d)), in the climatic oven, according to the following cycle (first drying operation):
5°C pendant 24 h sans régulation d’humidité ; 15°C pendant 72 h à 80% d’humidité ; 5 ° C for 24 h without humidity regulation; 15 ° C for 72 h at 80% humidity;
20°C pendant 24 h à 80% d’humidité ; 20 ° C for 24 hours at 80% humidity;
25°C à 80% d’humidité jusqu’à atteindre au moins 90% de perte d’humidité. 25 ° C at 80% humidity until at least 90% humidity loss is reached.
Le moule a ensuite été placé dans une étuve de séchage selon le cycle suivant (deuxième opération de séchage) : montée à 25°C/h jusqu’à 100°C ; palier de 4 h à 100°C ; descente libre jusqu’à 20°C. The mold was then placed in a drying oven according to the following cycle (second drying operation): rise at 25 ° C / h up to 100 ° C; hold for 4 h at 100 ° C; free descent up to 20 ° C.
Après démoulage, la préforme résultant du séchage a été cuite à 2240°C pendant 3 heures sous Argon afin d’obtenir une plaque de mousse de carbure de silicium recristallisé (étape e))· After demoulding, the preform resulting from drying was baked at 2240 ° C for 3 hours under Argon to obtain a sheet of recrystallized silicon carbide foam (step e))
La mousse céramique de l’exemple 2 a été réalisée selon le même procédé que la mousse de l’exemple 1, mais l’agitation mécanique pendant l’étape de moussage a été réalisée pendant 20 minutes. La mousse de l’exemple 2 incorpore par conséquent moins d’air. The ceramic foam of Example 2 was made by the same process as the foam of Example 1, but mechanical agitation during the foaming step was carried out for 20 minutes. The foam of Example 2 therefore incorporates less air.
La mousse céramique de l’exemple 3 a été réalisée selon le même procédé que la mousse de l’exemple 2 mais, après coulage du mélange mousseux, le moule a été placé dans une étude à 15°C sans ventilation. La température de la mousse de 15°C environ a été atteinte entre 12 et 24 heures. The ceramic foam of Example 3 was made according to the same process as the foam of Example 2 but, after pouring the foamy mixture, the mold was placed in a study at 15 ° C without ventilation. The foam temperature of approximately 15 ° C was reached between 12 and 24 hours.
Les mousses présentent la structure cellulaire ou « alvéolaire » classique des mousses. En particulier, elles présentent une structure dans laquelle les cellules sont dispersées sensiblement aléatoirement dans les trois dimensions de l’espace. Foams exhibit the classic cellular or "honeycomb" structure of foams. In particular, they exhibit a structure in which the cells are dispersed substantially randomly in the three dimensions of space.
Par ailleurs, le diamètre des cellules est de l’ordre d’une centaine de micromètres. Ces cellules sont donc tout à fait différentes des canaux des structures en nids d’abeille, qui présentent classiquement une section transversale dont le diamètre équivalent atteint plusieurs millimètres. In addition, the diameter of the cells is in the order of a hundred micrometers. These cells are therefore quite different from the canals of honeycomb structures, which typically have a cross section whose equivalent diameter reaches several millimeters.
Typiquement, les mousses présentent enfin une grande connectivité des macropores et une grande surface spécifique, ce qui conduit à une perméabilité élevée. Typically, foams finally exhibit high macropore connectivity and high specific surface area, which leads to high permeability.
Les cellules définissent chacune un volume de forme générale sphérique car elles sont formées par agglomération de grains céramiques autour de bulles d’air. The cells each define a volume of generally spherical shape because they are formed by the agglomeration of ceramic grains around air bubbles.
La mousse de chaque exemple a été caractérisée de la façon suivante : Le volume et la taille de pores ont été mesurés selon la norme ISO 15901-1.2005 à l’aide d’un porosimètre Autopore IV série 9500 Micromeritics, par intrusion de Mercure, jusqu’àThe foam of each example was characterized as follows: The volume and the pore size were measured according to the ISO 15901-1.2005 standard using an Autopore IV porosimeter 9500 series Micromeritics, by intrusion of Mercury, up to
2 bar, dans un échantillon d’environ 1 cm3 prélevé au cœur de la plaque de mousse. 2 bar, in a sample of about 1 cm 3 taken from the heart of the foam plate.
La courbe de distribution de la taille des pores présente deux pics principaux centrés sur des première et deuxième tailles de pore, reportées dans le tableau 1. L’aire du 1er pic correspond au volume de pores intergranulaires des parois délimitant les cellules de la mousse. The pore size distribution curve shows two main peaks centered on the first and second pore sizes, shown in Table 1. The area of the 1st peak corresponds to the volume of intergranular pores of the walls delimiting the cells of the foam. .
La perte de charge a été mesurée à la température de 20°C et sous un débit d’air sec de 60 litres / minute, en moyenne sur 5 pastilles de 36 mm de diamètre et 4 mm de hauteur prélevées au cœur de chaque plaque de mousse. Plus la perte de charge est faible, meilleure est la performance. The pressure drop was measured at a temperature of 20 ° C and under a dry air flow of 60 liters / minute, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each plate. mousse. The lower the pressure drop, the better the performance.
La résistance à la flexion équibiaxiale a été mesurée selon la norme ASTM C 14992009, en moyenne sur 5 pastilles de 36 mm de diamètre et 4 mm de hauteur prélevées au cœur de chaque plaque de mousse. Plus la résistance mécanique est élevée, meilleure est la performance. L’efficacité de filtration a été évaluée au regard de la norme NF-EN 14683. Un test avec aérosol d’eau inoculée de bactéries ( Staphylococcus aureus ) dont la taille moyenne est deThe equibiaxial flexural strength was measured according to standard ASTM C 14992009, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each foam plate. The higher the mechanical strength, the better the performance. The filtration efficiency was evaluated with regard to standard NF-EN 14683. A test with an aerosol of water inoculated with bacteria (Staphylococcus aureus), the average size of which is
3 pm a été utilisé conformément à la pratique pour les masques chirurgicaux. Plus le taux de filtration est élevé, meilleure est la performance. 3 µm has been used in accordance with practice for surgical masks. The higher the filtration rate, the better the performance.
Tableau 1 Table 1
D5O= taille médiane D5 O = median size
On considère qu’un exemple est particulièrement bien adapté à l’application visée s’il présente An example is considered to be particularly well suited to the intended application if it presents
- une perte de charge inférieure à 10 mbar ; - a pressure drop of less than 10 mbar;
- une résistance en flexion equibiaxiale supérieure à 6 MPa ; et - an equibiaxial flexural strength greater than 6 MPa; and
- une efficacité de filtration supérieure à 95%. - filtration efficiency greater than 95%.
Les résultats indiquent que les exemples 1 et 2 sont particulièrement adaptés à l’application visée. Ils présentent notamment de très bonnes efficacité de filtration et résistance mécanique. L’exemple 1 présente en outre une perte de charge très faible. L’exemple 3 n’est pas préféré du fait d’une perte de charge élevée. The results indicate that Examples 1 and 2 are particularly suitable for the intended application. In particular, they exhibit very good filtration efficiency and mechanical strength. Example 1 also shows a very low pressure drop. Example 3 is not preferred due to a high pressure drop.
Sans être limités par cette théorie, les inventeurs expliquent les performances remarquables des mousses céramiques selon l’invention, par la structure très spécifique de la mousse. Les fenêtres d’interconnexion entre les cellules permettent en effet de ménager des canaux tortueux à travers la mousse. Ces canaux tortueux réduisent la perte de charge et sont cependant efficaces pour filtrer des particules beaucoup plus petites que leurs sections transversales. La filtration ne résulte donc pas nécessairement d’un blocage des particules lorsqu’elles sont poussées par le flux d’air à travers des pores de plus petites dimensions, comme dans les filtres en matériau frittés conventionnels utilisés par exemple pour filtrer des gaz d’échappement. La forme des canaux tortueux expliquerait l’efficacité de la filtration. Without being limited by this theory, the inventors explain the remarkable performance of ceramic foams according to the invention, by the very specific structure of the foam. The interconnection windows between the cells make it possible to create tortuous channels through the foam. These tortuous channels reduce the pressure drop and yet are effective at filtering out particles much smaller than their cross sections. Filtration does not therefore necessarily result from a blockage of the particles when they are pushed by the air flow through pores of smaller dimensions, as in the filters of conventional sintered material used, for example, to filter gases. exhaust. The shape of the tortuous channels would explain the efficiency of the filtration.
De manière surprenante, et sans pouvoir l’expliquer de manière théorique, les excellentes performances des exemples 1 et 2 sont également associées à une distribution de la taille des pores spécifique, et en particulier à : Surprisingly, and without being able to explain it in a theoretical way, the excellent performances of Examples 1 and 2 are also associated with a specific pore size distribution, and in particular with:
- un nombre limité de cellules de grandes tailles, et en particulier à un D90 inférieur à 250 pm, de préférence inférieur à 200 pm ; a limited number of large cells, and in particular at a D90 of less than 250 μm, preferably less than 200 μm;
- un rapport (D9O-DIO)/DSO, ou « span », faible, de préférence inférieur à 1,5 ; - une taille médiane D50 faible, inférieure à 150 mhi. a low (D9O-DIO) / DSO, or “span” ratio, preferably less than 1.5; - a low median size D50, less than 150 mhi.
Les mousses céramiques frittées selon l’invention offrent ainsi à la fois une efficacité de filtration remarquable, mais aussi une perte de charge très faible. Ce compromis permet de limiter l’énergie nécessaire pour faire circuler l’air à travers la pièce céramique, et donc de limiter la consommation du circulateur. Il permet aussi d’utiliser la pièce céramique dans des applications où la circulation d’air résulte d’une simple inhalation, par exemple dans un masque respiratoire individuel. The sintered ceramic foams according to the invention thus offer both remarkable filtration efficiency, but also a very low pressure drop. This compromise makes it possible to limit the energy required to circulate the air through the ceramic part, and therefore to limit the consumption of the circulator. It also allows the ceramic part to be used in applications where air circulation results from a simple inhalation, for example in a personal breathing mask.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention permet d’optimiser le traitement d’air, en particulier l’air des espaces clos habitables comme les habitations, les bureaux et les habitacles de véhicules. As is now clear, the invention makes it possible to optimize air treatment, in particular the air in confined living spaces such as homes, offices and vehicle interiors.
Notamment, un appareil de traitement selon l’invention permet à la fois la filtration de particules de manière efficace et avec une perte de charge faible, l’inactivation d’agents pathogènes et l’élimination des substances organiques polluantes. La pièce céramique mise en œuvre est avantageusement réutilisable, voire impérissable, et recyclable. Bien entendu, l’invention n’est cependant pas limitée aux modes de réalisation décrits, fournis à des fins illustratives uniquement. In particular, a treatment apparatus according to the invention allows both the filtration of particles efficiently and with a low pressure drop, the activation of pathogens and the elimination of polluting organic substances. The ceramic part used is advantageously reusable, even imperishable, and recyclable. Of course, the invention is not, however, limited to the embodiments described, provided for illustrative purposes only.
En particulier, tout appareil de traitement, comportant ou non un circulateur, est envisagé. Un appareil de traitement passif, c'est-à-dire non alimenté par une source d’énergie, par exemple un masque respiratoire individuel filtrant l’air inhalé par une personne est considérée comme un appareil de traitement. In particular, any treatment device, whether or not comprising a circulator, is envisaged. A passive treatment device, that is to say not powered by a power source, for example a personal breathing mask filtering the air inhaled by a person is considered to be a treatment device.

Claims

Revendications Claims
1. Appareil de traitement d’air, à température ambiante, d’un espace clos habitable, ledit appareil comportant : 1. Device for treating air, at room temperature, in a confined living space, said device comprising:
- une pièce céramique (2) frittée présentant une porosité totale supérieure à 40%, les pores de taille supérieure à 300 pm représentant moins de 10% en volume de ladite porosité, - a sintered ceramic part (2) having a total porosity greater than 40%, the pores of size greater than 300 μm representing less than 10% by volume of said porosity,
- un circulateur d’air (3) configuré pour générer un flux d’air à traiter à travers la pièce céramique, la pièce céramique étant une mousse céramique présentant une pluralité de cellules imbriquées, délimitées par des parois céramiques et connectées entre elles par des fenêtres d’interconnexion, les parois délimitant les cellules étant formées par agglomération de grains, cette agglomération laissant subsister des interstices entre les grains. - an air circulator (3) configured to generate an air flow to be treated through the ceramic part, the ceramic part being a ceramic foam having a plurality of nested cells, delimited by ceramic walls and connected to one another by means of interconnection windows, the walls delimiting the cells being formed by agglomeration of grains, this agglomeration leaving interstices between the grains.
2. Appareil selon la revendication précédente, dans lequel les pores de la pièce céramique présentant une taille supérieure à 300 pm représentent moins de 5% en volume de ladite porosité. 2. Apparatus according to the preceding claim, wherein the pores of the ceramic part having a size greater than 300 μm represent less than 5% by volume of said porosity.
3. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la taille de pore médiane est inférieure à 150 pm. 3. Apparatus according to any preceding claim, wherein the median pore size is less than 150 µm.
4. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique présente une distribution de la taille des pores, mesurée avec un porosimètre au mercure, qui est bimodale et qui comporte des premier et deuxièmes pics principaux centrés sur des première et deuxième tailles de pore comprises entre 4 et 25 pm et entre 40 et 180 pm, respectivement, la porosité intergranulaire, représentée par le premier pic, étant supérieure ou égale à 5 % et inférieure à 25%. Apparatus according to any preceding claim, wherein the ceramic piece has a pore size distribution, measured with a mercury porosimeter, which is bimodal and which has first and second major peaks centered on first and second major peaks. second pore sizes between 4 and 25 µm and between 40 and 180 µm, respectively, the intergranular porosity, represented by the first peak, being greater than or equal to 5% and less than 25%.
5. Appareil selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel : 5. Apparatus according to the immediately preceding claim, wherein:
- ladite deuxième taille de pore est supérieure à 50 pm et/ou inférieure à 160 pm, et/ou- said second pore size is greater than 50 μm and / or less than 160 μm, and / or
- ladite première taille de pore est supérieure à 7 pm et inférieure à 20 pm. - Said first pore size is greater than 7 μm and less than 20 μm.
6. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique présente une tortuosité supérieure à 1 et inférieure à 2. 6. Apparatus according to any preceding claim, wherein the ceramic part has a tortuosity greater than 1 and less than 2.
7. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, sur la courbe de distribution cumulée des tailles de pores, classées par ordre croissant,7. Apparatus according to any preceding claim, wherein, on the cumulative distribution curve of pore sizes, ranked in ascending order,
- le percentile D90 en volume est inférieur à 250 pm, et/ou - the D90 percentile by volume is less than 250 pm, and / or
- le percentile D50 en volume est supérieur à 40 pm et/ou inférieur à 140 pm. - the D50 percentile by volume is greater than 40 pm and / or less than 140 pm.
8. Appareil selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel 8. Apparatus according to the immediately preceding claim, wherein
- le percentile D90 en volume est inférieur à 200 pm, et/ou - the D90 percentile by volume is less than 200 pm, and / or
- le percentile D50 en volume est inférieur à 130 pm. - the D50 percentile by volume is less than 130 pm.
9. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique (2) frittée présente une porosité totale supérieure à 55% et inférieure à 80%. 9. Apparatus according to any preceding claim, wherein the sintered ceramic part (2) has a total porosity greater than 55% and less than 80%.
10. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique est constituée de carbure de silicium ou de cordiérite ou de titanate d’aluminium ou de zircone ou d’alumine ou de mullite ou de silice ou de leurs mélanges. 10. Apparatus according to any preceding claim, wherein the ceramic part consists of silicon carbide or cordierite or aluminum titanate or zirconia or alumina or mullite or silica or mixtures thereof.
11. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique présente : 11. Apparatus according to any preceding claim, wherein the ceramic part has:
- plus de 80% en masse de carbure de silicium recristallisé, et/ou - more than 80% by mass of recrystallized silicon carbide, and / or
- une porosité ouverte qui représente plus de 98% de la porosité totale, et/ou - an open porosity which represents more than 98% of the total porosity, and / or
- une porosité intergranulaire supérieure ou égale à 10 % et inférieure à 20%. - an intergranular porosity greater than or equal to 10% and less than 20%.
12. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique comporte une couche superficielle dont les pores présentent une taille médiane supérieure à 1 pm et inférieure à 20 pm, la porosité totale de la couche superficielle étant supérieure à 30% et inférieure à 70%, l’épaisseur de la couche superficielle étant comprise entre 5 et 500 pm. 12. Apparatus according to any preceding claim, wherein the ceramic part comprises a surface layer whose pores have a median size greater than 1 µm and less than 20 µm, the total porosity of the surface layer being greater than 30%. and less than 70%, the thickness of the surface layer being between 5 and 500 μm.
13. Appareil selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel la pièce céramique comporte plusieurs dites couches superficielles présentant des porosités totales respectives différentes. 13. Apparatus according to the immediately preceding claim, wherein the ceramic part comprises several said surface layers having different respective total porosities.
14. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 14. Apparatus according to any preceding claim, wherein
- au moins une partie de la surface extérieure de la pièce céramique et/ou de la surface du réseau poreux de la pièce céramique est revêtue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes, et/ou - au moins une partie de la surface extérieure de la pièce céramique et/ou de la surface du réseau poreux de la pièce céramique, est revêtue d’un revêtement catalytique adapté à une réaction d’au moins un polluant atmosphérique. - at least part of the outer surface of the ceramic part and / or of the surface of the porous network of the ceramic part is coated with a coating for inactivating one or more pathogens, and / or at least part of the outer surface of the ceramic part and / or of the surface of the porous network of the ceramic part is coated with a catalytic coating suitable for a reaction of at least one atmospheric pollutant.
15. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un détecteur de perte de charge (32) et une unité électronique (34) programmée pour déclencher ou informer sur la nécessité d’une opération de nettoyage et/ou de purification en fonction d’une information reçue du détecteur de perte de charge. 15. Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a pressure drop detector (32) and an electronic unit (34) programmed to trigger or inform on the need for a cleaning and / or purification operation depending on the device. information received from the pressure drop detector.
16. Appareil selon la revendication précédente, comportant un outil de nettoyage et/ou de purification (36) commandé par l’unité électronique en fonction d’une information reçue du détecteur de perte de charge. 16. Apparatus according to the preceding claim, comprising a cleaning and / or purification tool (36) controlled by the electronic unit as a function of information received from the pressure drop detector.
17. Appareil selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une mémoire informatique (38) dans laquelle est enregistrée une information relative à la pièce céramique. 17. Apparatus according to any preceding claim, comprising a computer memory (38) in which is recorded information relating to the ceramic part.
18. Procédé de traitement d’air comportant les étapes suivantes : a) traitement d’une première quantité d’air au moyen d’un appareil de traitement d’air selon l’une quelconque des revendications précédentes ; b) nettoyage et/ou purification de la pièce céramique dudit appareil de traitement d’air, puis reprise de l’étape a) pour traiter une deuxième quantité d’air, l’air étant extrait d’une habitation, d’un bureau, d’un habitacle d’un véhicule choisi parmi une voiture, un train, un aéronef, un camion et un bateau, ou d’un lieu public fermé. 18. An air treatment method comprising the following steps: a) treatment of a first quantity of air by means of an air treatment apparatus according to any one of the preceding claims; b) cleaning and / or purification of the ceramic part of said air treatment device, then resumption of step a) to treat a second quantity of air, the air being extracted from a dwelling, an office , of a passenger compartment of a vehicle chosen from among a car, a train, an aircraft, a truck and a boat, or of a closed public place.
19. Procédé de fabrication d’un appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel on fabrique la mousse céramique suivant les étapes successives suivantes : a) préparation d’un mélange M contenant une poudre céramique en suspension, au moins un agent gélifiant et au moins un agent moussant, la préparation étant réalisée à une température de mélange supérieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, b) cisaillement dudit mélange M à une température de moussage supérieure à ladite température de gélification, jusqu’à obtention d’une mousse intermédiaire, c) gélification de ladite mousse intermédiaire par refroidissement de ladite mousse intermédiaire à une température inférieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, d) séchage de ladite mousse gélifiée de manière à obtenir une préforme, e) cuisson par traitement à haute température de ladite préforme de manière à obtenir une mousse céramique poreuse, procédé dans lequel, 19. A method of manufacturing an apparatus according to any one of claims 1 to 17, wherein the ceramic foam is produced according to the following successive steps: a) preparation of a mixture M containing a ceramic powder in suspension, at least a gelling agent and at least one foaming agent, the preparation being carried out at a mixing temperature above the gelation temperature of said gelling agent, b) shearing of said mixture M at a foaming temperature above said gelation temperature, up to obtaining an intermediate foam, c) gelation of said intermediate foam by cooling said intermediate foam to a temperature below the gelation temperature of said gelling agent, d) drying of said gelled foam so as to obtain a preform, e) curing by high temperature treatment of said preform so as to obtain a porous ceramic foam, process in which,
- à l’étape a), on n’ajoute pas de stabilisant dans le mélange M ; et/ou - in step a), no stabilizer is added to the mixture M; and or
- à l’étape c), la gélification est réalisée à une température, en °C, au moins 2 fois plus faible que la température de gélification de l’agent gélifiant, en °C, et/ou - in step c), the gelation is carried out at a temperature, in ° C, at least twice lower than the gelation temperature of the gelling agent, in ° C, and / or
- l’étape d) comprend une première opération de séchage dans une étuve climatique, sans dépasser la température de gélification. - step d) comprises a first drying operation in a climatic oven, without exceeding the gel temperature.
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