ES2226576B2 - Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua. - Google Patents
Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua.Info
- Publication number
- ES2226576B2 ES2226576B2 ES200302136A ES200302136A ES2226576B2 ES 2226576 B2 ES2226576 B2 ES 2226576B2 ES 200302136 A ES200302136 A ES 200302136A ES 200302136 A ES200302136 A ES 200302136A ES 2226576 B2 ES2226576 B2 ES 2226576B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- water
- photocatalytic material
- disinfection
- water disinfection
- photocatalytic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims abstract description 18
- -1 poly (dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 12
- YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N ruthenium(2+) Chemical compound [Ru+2] YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003139 biocide Substances 0.000 claims description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 5
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 claims 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 abstract 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 14
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 5
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 240000008254 Rosa chinensis Species 0.000 description 3
- 235000000664 Rosa chinensis Nutrition 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 3
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L rose bengal Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)C1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C([O-])=C(I)C=C21 AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- DHDHJYNTEFLIHY-UHFFFAOYSA-N 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=NC2=C1C=CC1=C(C=3C=CC=CC=3)C=CN=C21 DHDHJYNTEFLIHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 2
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 2
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 2
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 2
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 2
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 238000012543 microbiological analysis Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 208000017983 photosensitivity disease Diseases 0.000 description 2
- 231100000434 photosensitization Toxicity 0.000 description 2
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241001515965 unidentified phage Species 0.000 description 2
- QPFMBZIOSGYJDE-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrachloroethane Chemical compound ClC(Cl)C(Cl)Cl QPFMBZIOSGYJDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SLBOQBILGNEPEB-UHFFFAOYSA-N 1-chloroprop-2-enylbenzene Chemical compound C=CC(Cl)C1=CC=CC=C1 SLBOQBILGNEPEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKZWFYFFTOHWQP-UHFFFAOYSA-L 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline;ruthenium(2+);dichloride Chemical compound Cl[Ru]Cl.C1=CC=CC=C1C1=CC=NC2=C1C=CC1=C(C=3C=CC=CC=3)C=CN=C21.C1=CC=CC=C1C1=CC=NC2=C1C=CC1=C(C=3C=CC=CC=3)C=CN=C21.C1=CC=CC=C1C1=CC=NC2=C1C=CC1=C(C=3C=CC=CC=3)C=CN=C21 SKZWFYFFTOHWQP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920013660 Cellon Polymers 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000192091 Deinococcus radiodurans Species 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012327 Ruthenium complex Substances 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- DPKHZNPWBDQZCN-UHFFFAOYSA-N acridine orange free base Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=NC3=CC(N(C)C)=CC=C3C=C21 DPKHZNPWBDQZCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- DZBUGLKDJFMEHC-UHFFFAOYSA-N benzoquinolinylidene Natural products C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3N=C21 DZBUGLKDJFMEHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M bromate Inorganic materials [O-]Br(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 229920001429 chelating resin Polymers 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000613 environmental toxicology Toxicity 0.000 description 1
- YQGOJNYOYNNSMM-UHFFFAOYSA-N eosin Chemical compound [Na+].OC(=O)C1=CC=CC=C1C1=C2C=C(Br)C(=O)C(Br)=C2OC2=C(Br)C(O)=C(Br)C=C21 YQGOJNYOYNNSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IINNWAYUJNWZRM-UHFFFAOYSA-L erythrosin B Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C([O-])=C(I)C=C21 IINNWAYUJNWZRM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000012732 erythrosine Nutrition 0.000 description 1
- 239000004174 erythrosine Substances 0.000 description 1
- 229940011411 erythrosine Drugs 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 1
- GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N methanol;hydrate Chemical compound O.OC GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 1
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 1
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 229930014626 natural product Natural products 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000002165 photosensitisation Effects 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 125000004424 polypyridyl Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000004033 porphyrin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/38—Polysiloxanes modified by chemical after-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
Material fotocatalítico y método para la desinfección de agua a través de la acción bactericida del oxígeno singlete. Dicho material fotocatalítico consiste en un soporte polimérico poroso de poli(dimetilsiloxano) que incorpora un fotosensibilizador capaz de generar oxígeno singlete, perteneciente a la familia de los compuestos de coordinación rutenio(II) con ligandos poliazaheterocíclicos quelatantes. Las propiedades de dicho sistema porte-fotosensibilizador y su capacidad de generar el agente bactericida mediante irradiación con luz visible lo hacen aplicable a la desinfección de agua aprovechando la iluminación solar, aportando al procedimiento ventajas únicas de seguridad, economía, autonomía y respeto al medio ambiente.
Description
Material fotocatalítico y método para la
desinfección de agua.
La presente invención, según se expresa en el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a materiales y
métodos para la desinfección de agua, a través de la generación
fotocatalítica de oxígeno singlete por ciertos compuestos químicos
(tales como complejos de rutenio(II) con tres ligandos
poliazaheterocíclicos bidentados) inmovilizados en un soporte
polimérico (como por ejemplo una película porosa de
poli(dimetilsiloxano)) mantenido en contacto con el agua y
sometido a iluminación con luz visible.
La escasez de agua potable es un serio problema
en multitud de países y regiones. Para maximizar el aprovechamiento
de los recursos hídricos puede recurrirse a la purificación del
agua de desecho y su posterior reutilización. Por otra parte, en
los sistemas seguros de distribución de agua para el consumo humano,
el agua natural de origen superficial debe someterse a tratamientos
de desinfección. Dentro del proceso de tratamiento del agua, la
desinfección consiste normalmente en una operación química que
tiene como objetivo la inactivación de microorganismos patógenos
para minimizar así el riesgo de enfermedades. Durante los primeros
75 años del siglo XX, los procesos de tratamiento del agua de
suministro urbano se limitaban prácticamente a la clarificación
química, la filtración a través de medios granulares y la
cloración. En los últimos 25 años se ha producido un cambio
dramático en las políticas de aprovechamiento de los recursos
hídricos para el consumo humano, considerándose seriamente la
necesidad de tecnologías alternativas a los tratamientos
tradicionales (1. Najm y R.R. Trussel, "New and emerging drinking
water treatment technologies", en Identifying future drinking
water contaminants, National Academy Press, 1999, pp.
220-246).
Entre los métodos químicos de desinfección, la
adición de cloro es eficaz para la inactivación de virus y
bacterias; sin embargo, la formación de productos secundarios
potencialmente tóxicos o cancerígenos supone un importante
inconveniente. Además, la fabricación de cloro y sus derivados, así
como su almacenamiento, transporte y utilización suponen un
continuo riesgo para los operarios y el medioambiente. De forma
similar, el ozono, uno de los agentes oxidantes más potentes entre
los desinfectantes químicos, escapa del agua durante la operación
de desinfección amenazando la salud de los operarios y del
medioambiente a concentraciones tan bajas como 0,03 g m^{-3}. El
ozono, además, no puede almacenarse, requiere un considerable
consumo de energía para su producción y puede oxidar los iones
bromuro presentes en el agua dando lugar a iones bromato
tóxicos.
Se han investigado nuevas técnicas de
desinfección que sustituyan estos métodos químicos por otros más
saludables y respetuosos con el entorno como la filtración en
membrana y los métodos fotoquímicos. En relación con los primeros, a
pesar del creciente desarrollo y aplicación de nuevas técnicas de
filtración con membrana (micro-, ultra-,
nano-filtración y ósmosis reversa), el elevado coste
de esta tecnología impide su utilización a gran escala. En cuanto a
los segundos, bajo la denominación común de "métodos
fotoquímicos", se recogen distintos tratamientos para la
desinfección del agua que pueden llevarse a cabo bien mediante
irradiación directa con luz ultravioleta o bien empleando
fotocatalizadores o fotosensibilizadores para la generación in
situ de especies reactivas del oxígeno como el radical
hidroxilo o el oxígeno singlete. La irradiación con luz ultravioleta
(W, 250-270 nm) presenta diversos inconvenientes
como su carencia de poder oxidante (y, por lo tanto, su incapacidad
para controlar simultáneamente el color, sabor y olor) y la
imposibilidad de funcionar con luz natural, encareciendo esto último
el proceso de desinfección. La fotocatálisis basada en la
interacción de la luz con semiconductores sólidos como el dióxido
de titanio (TiO_{2}), produce especies altamente oxidantes como
el radical hidroxilo, que destruye tanto bacterias como una gran
variedad de contaminantes químicos del agua (J. Wist, J. Sanabria,
C. Dierolf, W. Torres, C. Pulgarin, J. Photochem. Photobiol., A:
Chem. 2002, 147, 241-246; M.R.
Hoffmann, S.T. Martin, W.Y. Choi, D.W. Bahnemann, Chem. Rev.
1995, 95, 69-96; J.R Guimaraes, J.
Ibánez, M.I. Litter, R. Pizarro, "Desinfección de agua" en
Eliminación de contaminantes por fotocatálisis heterogénea,
Digital Grafic, 2001, pp. 305-316).
Una de las limitaciones del semiconductor
TiO_{2}, por poseer una energía interbandas de 3,2 eV
(equivalente a 387 nm), es que funciona únicamente en la región
UV-A, que representa menos del 1% del espectro
solar. La utilización de un material fotocatalítico que emplea luz
visible para la generación de oxígeno singlete en fase heterogénea,
como el que es objeto de la presente invención, resulta una opción
prometedora para regiones con insuficiente infraestructura pero
elevada insolación anual, ya que cumple con los requisitos de
seguridad, economía, autonomía y respeto al medio ambiente. Su
funcionamiento se basa en los procesos de fotosensibilización de
"tipo II", también denominados "acción fotodinámica", que
emplean fotosensibilizadores capaces de producir oxígeno singlete
mediante absorción de luz visible y transferencia de energía
(electrónica) al oxígeno en estado fundamental. Esta especie
reactiva de oxígeno es capaz de inactivar bacterias eficientemente
(A.J. Acher, E. Fischer, R. Zellingher, Y. Manor, Wat. Res.
1990, 24, 837-843; T.A. Dahl, W.R.
Midden, P.E. Hartman, Photochem. Photobiol. 1987,
46, 345-352; S.A. Bezman, P.A. Burtis,
T.P.J. Izod, M.A. Thayer, Photochem. Photobiol. 1978,
28, 325-329; A. Savino, G. Angeli, Wat.
Res. 1985, 19, 1465-1469). El término
oxígeno molecular singlete, abreviado ^{1}O_{2}, se refiere
normalmente sólo al estado ^{1}\Delta_{g} Con un tiempo de
vida del orden de 3–5 \mu en agua, la difusión del ^{1}O_{2}
desde su punto de origen hasta su diana potencial está restringida a
un recorrido de aproximadamente 0,1 \mu (T.A. Dahl, "Examining
the role of singlet oxygen in photosensitized cytotoxicity", en
Aquatic and Surface Photochemistry, CRC Press, 1994,
pp. 241-258). Esta especie de corto tiempo de vida
es frecuentemente responsable del efecto tóxico que produce en los
sistemas vivos la fotosensibilización bajo condiciones aerobias, ya
que las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos poseen grupos
funcionales moleculares reactivos al ^{1}O_{2} (I. Kruk,
"Environmental toxicology and chemistry of oxygen species" en
The Handbook of Environmental Chemistry, Springer,
1998, Vol. 2, Part 1, pp. 89-138). Los
distintos tipos celulares investigados hasta el momento, desde
procariotas hasta células de mamífero, sufren daño irreversible por
exposición ^{1}O_{2} a que conduce a la muerte celular (T.A.
Dahl, Photochem. Photobiol. 1991, 53, 119S; T.
Nagano, T. Tanaka, H. Mizuki, M. Hirobe, Chem. Pharm. Bull
1994, 42, 883-887; E.
Ben-Hur, N.E. Geacintov, B. Studamire, M.E. Kenney,
B. Horowitz, Photochem. Photobiol. 1995, 61,
190-195; M. Shimizu-Takahama, T.
Egashira, U.Takahama, Photochem. Photobiol. 1981,
33, 689-94).
Existen numerosos colorantes, tales como el rosa
de bengala, el azul de metileno o ftalocianinas, que absorben luz
visible y son capaces de generar ^{1}O_{2} mediante
transferencia de energía, con buenos rendimientos cuánticos (F.
Wilkinson, W.P. Helman, A.B. Ross, J. Phys. Chem. Ref.
Data 1993, 22, 113-262). Se han
descrito diversos ensayos de desinfección de agua que emplean uno de
estos fotosensibilizadores de oxígeno singlete disuelto en una
suspensión acuosa del microorganismo contaminante. En estos ensayos
se ha demostrado la efectividad de la acción fotodinámica del rosa
de bengala tanto contra bacterias del tipo
Gram-positivo (Deinococcus radiodurans) como
contra bacterias del tipo Gram-negativo
(Escherichia coli) (M. Schafer, C. Schmitz, R. Facius, G.
Horneck, B. Milow, K.-H. Funken, J. Ortner, Photochem.
Photobiol. 2000, 71, 514-523; M.
Scháfer, C. Schmitz and G. Horneck, Int, J. Radiat. Biol.
98, 74, 249-253). Otros compuestos
orgánicos (tales como eritrosina, naranja de acridina, amarillo de
eosina y ftalocianinatetrasulfonato de zinc) han demostrado también
su efectividad, a través de la acción fotodinámica, contra
Escherichia coli como microorganismo modelo (D.F. Martin,
M.J. Perez-Cruet, Fla. Sci. 1987,
50, 168-176). El colorante azul de metileno
(\lambda_{max}^{abs} = 665 nm) se ha utilizado para la
desinfección de agua en fase homogénea tanto a escala de laboratorio
como en plantas piloto (T.N. Eisenberg, E.J. Middlebrooks, V.D.
Adams, Water Sci. Tech. 1987, 19,
1255-1258; A.J. Acher, E. Fischer, R. Zellingher, Y.
Manor, Wat. Res. 1990, 24,
837-843), alcanzándose disminuciones en la población
microbiana de 4-5 órdenes de magnitud en efluentes
suplementados con Escherichia coli (A.J. Acher, B.J. Juven,
Appl. Environ. Microbiol. 1977, 33,
1019-1022; A. Acher, E. Fischer, R. Turnheim, Y.
Manor, Water Res. 1997, 31,
1398-1404). En estas instalaciones piloto se
consigue la purificación de 0,15 m^{3} h^{-1} de agua empleando
irradiación solar directa y hasta 50 m^{3} h^{-1} si se
utilizan concentradores de luz solar. El principal inconveniente de
estos tratamientos en fase homogénea es la necesidad de una
complicada operación recuperación/eliminación del
fotosensibilizador del agua tras concluir el tratamiento, etapa
innecesaria si el proceso se lleva a cabo en fase heterogénea,
procedimiento que se aplica al emplear el material descrito en la
presente invención.
Diversas investigaciones han desarrollado una
variedad de soportes sólidos, procedimientos de inmovilización y
fotosensibilizadores para generar ^{1}O_{2} en fase
heterogénea, aunque no destinados particularmente a la desinfección
fotoquímica de agua. Se ha comprobado que el rosa de bengala
retenido en partículas de gel de sílice soportadas en una
superficie de vidrio es capaz de fotosensibilizar la producción de
oxígeno singlete eficientemente (5 x 10^{12} moléculass de
^{1}O_{2} producidas por segundo y por cm^{2} de soporte) (C.M
Krishna, Y. Lion, P. Riesz, Photochem. Photobiol.
1987, 45, 1-6). La producción de
oxígeno singlete se ha demostrado en otros muchos sistemas
(micro-)heterogéneos: rosa de bengala unido covalentemente a
poli[(N-isopropilacrilamida)-co-(cloruro
de vinilbenzilo)] (M. Nowakowska, M. Kepczynski, M.
Dabrowska,Macromol. Chem. Phys. 2001, 202,
1679-1688), unidades de porfirina soportadas en
poli(metacrilato de metilo) (D. Faust, K.-H. Funken, G.
Horneck, B. Milow, J. Ortner, M. Sattlegger, M. Schafer, C. Schmitz,
Sol. Energy, 1999, 65, 71-74),
5,15-(2,6-diclorofenil)-10,20-(4-aliloxifenil)porfirina
unida a poli(dimetilsiloxano) (F.M.P.R. van Laar, F.
Holsteyns, I.F.J. Vankelecom, S. Smeets, W. Dehaen, P.A. Jacobs,
J. Photochem. Photobiol., A: Chemistry 2001,
144, 141-151) y ftalocianinas con carga neta
negativa retenidas en el intercambiador aniónico Amberlite® IRA 400
(R. Gerdes, O. Bartels, G. Schneider, D. Wührle, G.
Schulz-Ekloff, Polym. Adv. Technol.
2001, 12, 152-160), entre otros.
Basándose en el procedimiento de desinfección por
oxígeno singlete fotogenerado en fase sólida, se han desarrollado
recubrimientos autoesterilizables para su aplicación a situaciones
médicas, domésticas o industriales donde sea deseable impedir la
proliferación microbiana, pero no para desarrollar nuevas
tecnologías de tratamiento de aguas como es el objeto de la presente
invención. Así por ejemplo, se han preparado superficies
bactericidas basadas en películas de celulosa regenerada impregnada
con sensibilizadores de la familia de las porfirinas o
ftalocianinas (R. Bonnett, R.L. Evans, A.B.B. Galia, Proc.
SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 1997,
3191, 79-88; R. Bonnett, D.G. Buckley, A.B.B.
Galia, B. Saville, Patente PCT W09300815) o en polímeros
transparentes que contienen como molécula fotoactiva el dicloruro
de
tris(4,7-difenil-1,10-fenantrolina)rutenio(II)
junto con un compuesto fotoiniciador y gel de sílice (R. Danz, B.
Elling, A. Buechtemann, DE19935179). Este segundo revestimiento
fotoactivo con acción biocida es en algún aspecto similar al
material fotocatalítico objeto de la presente invención, ya que
incluye en su formulación un compuesto fotoactivo de la familia de
los complejos polipiridílicos de rutenio(II). Sin embargo,
tal revestimiento biocida difiere del material fotocatalítico
descrito en la presente invención en dos aspectos esenciales: la
composición y el campo de aplicación. En cuanto al campo de
aplicación, la utilización de dicho revestimiento
fotobiológicamente activo está dirigida al empaquetado de alimentos
y a usos en medicina y en la industria textil, y no a la
desinfección de agua mediante el aprovechamiento de la luz solar
como fuente luminosa. En cuanto a la composición, no emplea como
matriz polimérica el poli(dimetilsiloxano) poroso, incluye
en su preparación un gel de sílice y requiere en su formulación la
presencia de un compuesto fotoiniciador, a diferencia del material
fotocatalítico objeto de la presente invención, tal como se describe
más adelante.
Existen algunos estudios en la bibliografía de
inactivación fotodinámica de bacterias en agua llevados a cabo en
fase heterogénea y que han tenido éxito a escala de laboratorio. En
ellos se han empleado esferas porosas de poliestireno con rosa de
bengala unido covalentemente (S.A. Bezman, P.A. Burtis, T.P.J. Izod,
M.A. Thayer, Photochem. Photobiol. 1978, 28,
325-329), gel de sílice como adsorbente de
fotosensibilizadores insolubles en agua de tipo porfirínico o
metaloporfirínico (J. Mosinger, K. Losinska, T. Abrhamova, S.
Veiserova, Z. Micka, I. Nemcova, B. Mosinger, Anal. Lett.
2000, 33, 1091-1104) o
poli(metacrilato de metilo) para incorporar compuestos
naturales como el \alpha-tertienilo o derivados de
porfirinas con grupos piridinio (Q. Lin, T. Tsuchido, M. Takano,
Appl. Microbiol. Biotechnol. 1991, 35,
585-590; D. Faust, K.-H. Funken, G. Horneck, B.
Milow, J. Ortner, M. Sattlegger, M. Schíifer, C. Schmitz, Solar
Energy, 1999, 65, 71-74; K.-H.
Funken, D Faust, J. Ortner, C. Sattler, EP984041). Sin embargo,
nunca se ha utilizado poli(dimetilsiloxano) poroso como
soporte sólido en materiales fotocatalíticos para la desinfección
del agua, polímero empleado en la preparación del material objeto de
la presente invención. Esta matriz polimérica exhibe propiedades
únicas que la hacen muy conveniente para su empleo en la
preparación del material fotocatalítico para la desinfección
mediante oxígeno singlete, ya que presenta una hidrofobicidad
suficiente para asegurar una inmovilización robusta del complejo
metálico de naturaleza hidrófoba y evitar su lavado en contacto con
el medio acuoso, favorece la interacción entre el oxígeno molecular
(disuelto o en fase gaseosa) y el estado electrónico excitado del
complejo de Ru(II) y no promueve la desactivación del
oxígeno singlete. Además, la estructura porosa de dicha matriz
polimérica permite maximizar la proximidad entre los
microorganismos y los sitios de fotogeneración del oxígeno
singlete, lo que permite aumentar la probabilidad de impacto del
oxígeno singlete sobre su diana, además de poseer unas adecuadas
características reológicas y de resistencia mecánica.
Los compuestos de coordinación del
rutenio(II) con ligandos poliazaheterocíclicos quelatantes,
familia a la que pertenecen los complejos empleados en la
preparación del material fotocatalítico descrito en la presente
invención, se han descrito en la bibliografía como generadores de
oxígeno singlete con elevada eficiencia (D.
García-Fresnadillo, Y. Georgiadou, G. Orellana, A.M.
Braun, E. Oliveros, Hely. Chim. Acta 1996, 79,
1222-1238; X. Zhang, M.A.J. Rodgers, J. Phys.
Chem. 1995, 99, 12797-12803; J.L.
Bourdelande, J. Font, G. Marques, A.A. Abdel-Shafi,
F. Wilkinson, D.R. Worrall, J. Photochem. Photobiol. A.
2001, 138, 65-68). Estos complejos
metálicos exhiben, además, características únicas que los hacen muy
convenientes para su empleo en la preparación de materiales
fotocatalíticos para la desinfección mediante oxígeno singlete: una
intensa absorción en la región visible del espectro
electromagnético (típicamente hasta 600 nm), estados excitados de
vida suficientemente larga (típicamente de 0,05 a 6 microsegundos
en disolución acuosa a temperatura ambiente), una apreciable
estabilidad térmica y fotoquímica y la posibilidad de modular su
carga global (positiva, nula o negativa) y sus propiedades físicas
y espectroscópicas mediante la selección de los ligandos
quelatantes adecuados. En dichos ligandos pueden incorporarse con
facilidad los grupos funcionales necesarios para permitir la
incorporación del complejo metálico a soportes poliméricos
hidrófobos o para lograr su unión electrostática o covalente a
matrices poliméricas, si así se desea.
Es el objetivo de la presente invención la
utilización de un material fotocatalítico basado en una película de
poli(dimetilsiloxano) poroso, que incorpora un compuesto de
coordinación de rutenio con ligandos quelatantes para la
desinfección de agua a través del oxígeno singlete generado
fotoquímicamente.
Dicho material fotocatalitico presenta las
ventajas de que los compuestos inmovilizados son capaces de generar
fotocatalíticamente oxígeno singlete mediante absorción directa de
luz visible, mientras que el soporte polimérico de estructura
porosa incrementa la probabilidad de fotogeneración de oxígeno
singlete y de su impacto sobre las bacterias, lo que permite su uso
como material fotocatalítico para la desinfección del agua.
La presente invención revela un material
fotocatalítico capaz de desinfectar agua portadora de contaminación
microbiológica, y los métodos para llevarla a cabo utilizando dicho
material fotocatalítico. El método aquí descrito consiste
esencialmente en iluminar con luz ultravioleta y/o visible el
material fotocatalítico. mientras se mantiene en contacto con el
agua que se desea desinfectar y que contiene oxígeno molecular
disuelto. Durante la iluminación de dicho material fotocatalítico.
con luz ultravioleta y/o visible se genera oxígeno en estado
electrónico excitado singlete, especie que difunde desde su sitio
de producción y ejerce su acción biocida sobre los microorganismos
presentes en el agua conduciendo, consecuentemente, a la
desinfección del agua.
El material fotocatalítico utilizado en la
presente invención consiste, preferiblemente, en una película de un
polímero de textura porosa basado en poli(dimetilsiloxano)
que incorpora un compuesto químico que posee un átomo de rutenio
central unido a tres ligandos quelatantes, iguales o distintos, que
contienen en su estructura la agrupación
1,10-fenantrolina o
2,2'-bipiridina.
La estructura de dichos compuestos químicos es
tal que permite su inmovilización en dicho soporte polimérico
mediante interacciones hidrófobas, electrostáticas o covalentes, de
forma que se impide su liberación al medio acuoso. Dicho compuesto
químico es responsable de la producción fotocatalítica del agente
biocida oxígeno singleté. Cuando dicho compuesto químico (denominado
también "sensibilizador" o "fotosensibilizador") se
expone a la luz ultravioleta o visible, preferiblemente en la región
entre 200 y 600 nm, alcanza un estado electrónico excitado que
posee una vida media suficientemente larga para colisionar con el
oxígeno molecular, pudiendo producirse en dicha colisión una
transferencia de energía electrónica de la que resultan como
productos oxígeno singlete y el complejo de rutenio nuevamente en
su estado fundamental.
La estructura porosa de dicho soporte polimérico
es tal que permite la penetración de los microorganismos por sus
poros, de forma que se maximiza la probabilidad de impacto del
agente biocida en el micoorganismo diana, incrementándose así la
eficiencia del proceso de desinfección.
Como se puede apreciar, la presente invención
muestra, frente a otros materiales, métodos o procedimientos para
la desinfección de agua descritos al exponer el Estado de la
Técnica y Antecedentes, las siguientes diferencias
esenciales:
1) La más importante es que, a diferencia de
todos los procedimientos disponibles actualmente para la
desinfección de agua por métodos fotoquímicos, la presente
invención utiliza un material fotocatalítico que contiene únicamente
poli(dimetilsiloxano) poroso como soporte sólido y un
compuesto de coordinación de Ru(II) con tres ligandos
poliazahetrocíclicos quelatantes, cuyas estructuras contienen la
agrupación 1,10-fenantrolina o
2,2'-bipiridina.
2) El empleo del material fotocatalítico descrito
en esta invención, en combinación con radiación ultravioleta y/o
visible, evita la necesidad de añadir ningún desinfectante químico
al agua y permite llevar a cabo la desinfección del agua utilizando
la luz solar como fuente luminosa, lo que incrementa la seguridad,
economía, autonomía y el respeto al medio ambiente del procedimiento
de desinfección del agua.
3) El empleo del material fotocatalítico descrito
en esta invención permite la eficaz fotogeneración de oxígeno
singlete, con tiempos de vida y rendimientos cuánticos de
producción de dicha especie superiores a los sistemas de
fotogeneración de oxígeno singlete en fase sólida aplicables a la
desinfección de aguas actualmente conocidos, lo que incrementa la
eficiencia del procedimiento.
4) El empleo de un polímero poroso basado en
poli(dimetilsiloxano), como el descrito más arriba,
incrementa la proximidad espacial entre el agente biocida y los
microorganismos, lo que permite una mayor eficiencia en el
procedimiento de desinfección del agua.
5) La utilización de compuestos de coordinación
metal-heterociclo como los descritos anteriormente,
para la fotogeneración de oxígeno singlete, permite realizar un
ajuste preciso de las propiedades espectroscópicas, fotofísicas y de
interacción con la matriz polimérica, a las características
requeridas para la aplicación experimental concreta, mediante la
preparación de otros compuestos relacionados en los que se varíe el
número y/o la naturaleza de los ligandos poliazaheterocíclicos
quelatantes del metal, y/o los sustituyentes químicos que portan los
mismos.
6) Los compuestos de coordinación
metal-heterociclo descritos más arriba para la
generación fotocatalítica de oxígeno singlete presentan una
fotoestabilidad y termoestabilidad muy superior a la mayoría de los
fotosensibilizadores actualmente conocidos, posibilitando tiempos
de utilización más largos.
Expuestas hasta aquí las características
distintivas de la presente invención, se ilustra a continuación con
una serie de ejemplos que no son limitativos de su alcance.
De acuerdo a uno de los aspectos de la invención,
se describe un material fotocatalítico capaz de desinfectar agua a
través de la acción biocida del oxígeno singlete, especie que se
genera cuando dicho material fotocatalítico en contacto con el agua
que contiene oxígeno molecular disuelto se ilumina con luz
ultravioleta o visible. El proceso de desinfección se produce
mediante colisión de las moléculas de oxígeno singlete, que
difunden desde sus sitios de generación, contra los microorganismos
presentes en el agua.
El material fotocatalítico consiste en un soporte
polimérico de poli(dimetilsiloxano) con estructura porosa
como los que comercializa por ejemplo la empresa Cellon
(Bereldange, Luxemburgo) bajo el nombre de ImmobaSil o TexturSil.
En dicho soporte polimérico se incorpora un compuesto químico que
contiene el metal rutenio en estado de oxidación (II) enlazado
químicamente a ligandos poliazaheterocíclicos bidentados, provistos
o no de sustituyentes químicos, pudiendo dichos complejos estar
constituidos por ligandos heterocíclicos iguales o diferentes.
Preferentemente, dichos complejos metálicos se preparan con ligandos
que contienen en su estructura la agrupación
2,2'-bipiridina ó 1,10-fenantrolina,
como por ejemplo el ligando
4,7-difenil-1,10-fenantrolina,
de forma abreviada dip, comercializado por
Sigma-Aldrich Química. Uno de los posibles complejos
de rutenio(II) puede ser el dicloruro de
tris(4,7-difenil-1,10-fenantrolina)rutenio(II),
de forma abreviada [Ru(dip)_{3}]Cl_{2},
que puede prepararse, por ejemplo, a partir del tricloruro de
rutenio hidratado comercial suministrado por ejemplo por Sigma-
Aldrich Química, y el ligando dip, siguiendo el procedimiento
descrito por D. García-Fresnadillo et al.
(Helv. Chim. Acta 1996, 79,
1222-1238.)
Para fabricar el material fotocatalítico, se
absorbe el complejo con ligandos hidrófobos como el
[Ru(dip)_{3}]Cl_{2} en un soporte poroso de
poli(dimetilsiloxano) como el mencionado ImmobaSil, con
geometría tubular de 2 mm de diámetro interno y 1 mm de espesor.
Para ello, se disuelve 1,0 mg de
[Ru(dip)_{3}]Cl_{2} en 2 ml de metanol y
se añaden 18 ml de agua. En esta disolución se introduce una porción
de ImmobaSil de 5 cm de longitud, que se agita durante 19 horas a
temperatura ambiente y después se calienta manteniendo durante dos
horas ebullición con reflujo. Finalmente, el material ImmobaSil con
el complejo [Ru(dip)_{3}]Cl_{2} incorporado
se lava con agua a 40–50ºC durante 19 horas y se conserva en mezcla
metanol-agua en relación de volúmenes 1:9 hasta su
utilización. Previamente a su empleo se lava repetidamente con agua
para eliminar el metanol que hubiera podido quedar retenido.
Una de las maneras posibles de llevar a cabo la
desinfección fotocatalítica de agua emplea un tubo de vidrio
borosilicato Pyrex de 7,8 mm de diámetro interno, como el que
comercializa Mora (Barcelona), que se conecta a un depósito de
vidrio a través de un circuito de tubos de silicona de 1,75 mm de
diámetro interno, como los suministrados por Ismatec. Como fuente
de luz se utiliza una lámpara de Xe de 150 W (por ejemplo, la XBO
150 W/S de Osram, incorporada en una carcasa con sistema de
refrigeración, reflector y condensador de Oriel (Stratford, CT,
EEUU) y conectada a una fuente de alimentación universal Oriel
68805. En el interior del tubo de vidrio se introduce la porción de
ImmobaSil que incorpora el complejo
[Ru(dip)_{3}]Cl_{2}. Para llevar a cabo la
desinfección del agua que contiene los microorganismos que se
desean inactivar se introduce dicha muestra en el depósito y se hace
circular por el tubo mediante una bomba, como la bomba peristáltica
Minipuls3 que comercializa Gilson (Middleton, WI, EEUU). La
iluminación se mantiene hasta la desaparición completa de
microorganismos vivos, como se comprueba por la aplicación de alguno
de los métodos normalizados de análisis microbiológico de aguas,
como los recogidos en las normas UNE-EN ISO 6222
(enumeración de microorganismos cultivables),
UNE-EN ISO 7899 (detección y recuento de enterococos
intestinales), UNE-EN ISO 9308 (detección y
recuento de Escherichia coli y de bacterias coliformes),
UNE-EN ISO 10705 (detección y recuento de
bacteriófagos) o UNE-EN 26461/ISO 6461 (detección y
recuento de los esporos de microorganismos anaerobios
sulfito-reductores).
Otra manera posible de llevar a cabo la
desinfección fotocatalítica del agua objeto de esta invención,
emplea el material descrito en el ejemplo 1, introducido en un tubo
de vidrio de mayor diámetro que el descrito en el ejemplo 2 o tras
una ventana de vidrio por donde se hace circular el agua que se
desea desinfectar, y se expone a la luz del sol hasta la
desaparición completa de microorganismos vivos, como se comprueba
por la aplicación de alguno de los métodos normalizados de análisis
microbiológico de aguas, por ejemplo los recogidos en las normas
UNE-EN ISO 6222 (enumeración de microorganismos
cultivables), UNE-EN ISO 7899 (detección y recuento
de enterococos intestinales), UNE-EN ISO 9308
(detección y recuento de Escherichia coli y de bacterias
coliformes), UNE-EN ISO 10705 (detección y recuento
de bacteriófagos) o UNE-EN 26461/ISO 6461 (detección
y recuento de los esporos de microorganismos anaerobios
sulfito-reductores).
Claims (7)
1. Material fotocatalítico para la desinfección
de agua, caracterizado porque esta constituido por un
soporte de poli(dimetilsiloxano) poroso en el que está
inmovilizado un compuesto de coordinación de rutenio(II) con
uno o varios ligandos poliazaheretocíclicos quelatantes capaz de
producir oxígeno molecular singlete como agente biocida.
2. Material fotocatalítico para la desinfección
de agua, de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque el compuesto de coordinación de rutenio(II) contiene
uno o varios ligandos quelatantes del tipo
2,2'-bipiridina o
1,10-fenantrolina, o derivados de éstos iguales o
diferentes entre sí.
3. Material fotocatalítico para la desinfección
de agua, de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque dichos ligandos contienen
preferentemente sustituyentes, iguales o diferentes, de carácter
hidrófilo o hidrófobo, con carga electrostática positiva o
negativa, o aptos para la formación de enlaces covalentes.
4. Material fotocatalítico para la desinfección
de agua, de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque el compuesto de coordinación de
rutenio(II) se puede inmovilizar en el soporte mediante
adsorción hidrófila o hidrófoba, interacción electrostática o a
través de enlace covalente, impidiendo así su liberación al medio
acuoso.
5. Método fotocatalítico para la desinfección de
agua, caracterizado porque consiste en la iluminación con
luz ultravioleta y/o visible proveniente de una fuente luminosa
artificial o de la luz solar, del material fotocatalítico, descrito
en las reivindicaciones anteriores, en contacto con el agua a
desinfectar que contiene oxígeno molecular disuelto.
6. Método fotocatalítico para la desinfección de
agua, de acuerdo a las reivindicación 5, caracterizado
porque la interacción entre el oxígeno molecular disuelto en el
agua y el compuesto de coordinación de rutenio(II) en estado
electrónico excitado que se alcanza por absorción de luz, da lugar a
oxígeno singlete que actúa como agente biocida.
7. Método fotocatalítico para la desinfección de
agua, de acuerdo a las reivindicaciones 5 y 6,
caracterizado porque el agua que se desea desinfectar
circula por el interior de tubos o ventanas de vidrio donde se ha
introducido el material fotocatalítico reivindicado.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200302136A ES2226576B2 (es) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200302136A ES2226576B2 (es) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2226576A1 ES2226576A1 (es) | 2005-03-16 |
| ES2226576B2 true ES2226576B2 (es) | 2006-04-16 |
Family
ID=34384824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200302136A Expired - Fee Related ES2226576B2 (es) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2226576B2 (es) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4921589A (en) * | 1988-12-20 | 1990-05-01 | Allied-Signal Inc. | Polysiloxane bound photosensitizer for producing singlet oxygen |
-
2003
- 2003-09-12 ES ES200302136A patent/ES2226576B2/es not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HOLDER, E. et al. "Synthesis, Characterization, and Luminiscence Spectroscopic Accessibility Studies of tris(2,2'-Bypyridine) Ruthenium(II)-Labeled Inorganic-Organic Hybrid Polymers". Journal of Fluorescence. Diciembre 2002. Vol. 12 Nº 3/4. Páginas 383-395. Todo el documento. * |
| JING, B. et al. "Polypyridine Ruthenium(II) Complexes Containing Mixed Ligands. Synthesis, Spectroscopic and Photophysical and Electrochemical Properties". Dyes and Pigments. 15.04.1998. Vol. 37 Nº 2. Páginas 177-186. * |
| LINDNER, E. et al. "Sol-gel processed poly(alumosiloxanes) as carrier matrices for polymer-anchored ruthenium(II) complexes". Journal of Non-Crystalline Solids. Vol. 255. Páginas 208-216. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2226576A1 (es) | 2005-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bonnett et al. | Water disinfection using photosensitizers immobilized on chitosan | |
| Spagnul et al. | Immobilized photosensitizers for antimicrobial applications | |
| Thandu et al. | Phototreatment of water by organic photosensitizers and comparison with inorganic semiconductors | |
| Lacombe et al. | Materials for selective photo-oxygenation vs. photocatalysis: preparation, properties and applications in environmental and health fields | |
| Manjón et al. | On the factors influencing the performance of solar reactors for water disinfection with photosensitized singlet oxygen | |
| Zhang et al. | Metal-free virucidal effects induced by g-C3N4 under visible light irradiation: statistical analysis and parameter optimization | |
| US20160168384A1 (en) | Porphyrinoid components, method and apparatus for water photodisinfection | |
| Zheng et al. | 3D printed photoreactor with immobilized graphitic carbon nitride: a sustainable platform for solar water purification | |
| US6107480A (en) | Metallated or unmetallated porphyrin derivatives having amphiphilic properties | |
| Parsa et al. | Effectiveness of solar water disinfection in the era of COVID-19 (SARS-CoV-2) pandemic for contaminated water/wastewater treatment considering UV effect and temperature | |
| ES2683723T3 (es) | Reactor utilizable para la descontaminación de fluidos y procedimiento de utilización | |
| Rossi et al. | The photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus in water using visible light with a new expanded porphyrin | |
| Magaraggia et al. | Porphyrin-silica microparticle conjugates as an efficient tool for the photosensitised disinfection of water contaminated by bacterial pathogens | |
| Ndlovu et al. | Porphyrins developed for photoinactivation of microbes in wastewater | |
| Blázquez-Moraleja et al. | Synthesis of novel heterogeneous photocatalysts based on Rose Bengal for effective wastewater disinfection and decontamination | |
| JP2005506199A (ja) | 感光性作用剤によって水を微生物的に汚染除去するための方法 | |
| ES2226576B2 (es) | Material fotocatalitico y metodo para la desinfeccion de agua. | |
| EP0881879A1 (en) | Photosensitive composition | |
| Manjón et al. | Water disinfection with Ru (II) photosensitisers supported on ionic porous silicones | |
| Sabbahi et al. | Inactivation of faecal bacteria in wastewater by methylene blue and visible light | |
| RU2235688C2 (ru) | Способ фотообеззараживания воды | |
| JPH10249364A (ja) | 活性酸素を用いた微生物除去方法 | |
| Magaraggia et al. | Photodynamic approaches to water disinfection | |
| Artarsky et al. | Immobilization of zinc phthalocyanines in silicate matrices and investigation of their photobactericidal effect on E. coli | |
| JP2004050159A (ja) | ポルフィリン系化合物及び金属ポルフィリン系化合物を吸着基材に吸着させた光感受性の殺藻、殺菌及び消臭複合体の製法とその機能の応用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20050316 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2226576B2 Country of ref document: ES |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20230926 |