ES2238014B1 - Procedimiento fotocatalitico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores. - Google Patents

Procedimiento fotocatalitico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores.

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Abstract

Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores que consiste en pasar el aire de una zona caracterizada por una carga microbiológica propia a través de una superficie impregnada y fotoactivada con fotones de ultravioleta UV-C, empleándose un soporte formado por silicato de magnesio natural, semiconductores, catalizadores e impregnaciones de disoluciones de sustancias oxidantes.

Description

Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores.
Objeto de la invención
La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de Patente de Invención relativa a un procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota en ambientes interiores, que consiste en pasar el aire de una zona caracterizada por una carga microbiológica propia a través de una superficie impregnada y fotoactivada con fotones del ultravioleta UV-C, dicha superficie sobre la que se deposita la microbiota característica se consigue su fotooxidación en aire a CO_{2}, por oxidación total de la materia orgánica constituyente de estas células.
Campo de invención
Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de aparatos, dispositivos y elementos auxiliares para la limpieza del aire: edificios, casas, hospitales, escuelas, guarderías, industria farmacéutica, industria automovilística, granjas, restaurantes, industria alimenticia, repostería, electrónica, acuicultura, etc.
Antecedentes de la invención
El problema de la deficiente calidad del aire en el interior de los edificios surge a mediados de la década de los 70, como consecuencia de las modificaciones arquitectónicas impuestas por las medidas de ahorro energético y los elevados precios del petróleo.
El acristalamiento de los modernos edificios evita en muchos casos la apertura de las ventanas, impidiendo la renovación natural del aire.
A menudo la falta de ventilación en los espacios interiores, lleva a la dependencia de sistemas mecánicos de aire acondicionado, que al incrementar el aire recirculado hasta un 70%, provocan un aumento de contaminantes y un deterioro de la calidad del aire interior.
A esto hay que sumar los hábitos de vida actuales que llevan a gran parte de la población a pasar casi el 90% de su tiempo en espacios cerrados.
A pesar de que los contaminantes presentes en el aire pueden ser de naturaleza muy variada, cabe destacar los contaminantes biológicos, que se encuentran en la atmósfera en forma de bioaerosol, es decir como agentes suspendidos en el aire, bien sea aislados o incluidos en pequeñas gotas de agua.
La composición de los aerosoles es variada: microorganismos tales como bacterias, hongos, virus o protozoos, y productos del metabolismo o del crecimiento de microorganismos, como micotoxinas o endotoxinas.
Estas circunstancias y este tipo de agentes han dado lugar a un tipo de patologías que se diferencian comúnmente en dos grupos: el llamado síndrome del edificio enfermo y la enfermedad inherente al edificio (patologías como la legionelosis u otras infecciones respiratorias, reacciones de hipersensibilidad, alergias, etc.
La alarma social generada ante la aparición de las enfermedades mencionadas u otras atribuidas a distintos contaminantes del aire, hace imprescindible, conocer la calidad microbiológica del aire confinado, así como, establecer mecanismos de prevención.
Aunque la total ausencia de microorganismos en los ambientes interiores es del todo imposible, es vital controlar los niveles de contaminación para que no sobrepasen determinados umbrales.
El solicitante desconoce la existencia en la actualidad de un procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores.
Descripción de la invención
El procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores que la invención propone, se configura por sí mismo como una evidente novedad dentro de su área específica de aplicación.
De forma más concreta, el procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores consiste en pasar el aire de una zona caracterizada por una carga microbiológica propia a través de una superficie impregnada fotoactivada con fotones UV-C, se basa en primer lugar porque la superficie esta constituida de un soporte que contiene uno o varios materiales semiconductores catalizadores, todo ello tanto el soporte como los semiconductores están impregnados de una sustancia altamente oxidante.
El soporte es silicato de magnesio naturales y agua, con propiedades reológicas adecuadas para presentar el producto en forma granulada o para moldear por extrusión monolitos con canales de sección cuadrada (tipo panel de abeja), tiene además la ventaja de ser indiferente al medio de reacción, de conseguir una buena adherencia con los materiales semiconductores y sustancias oxidantes consiguiendo una disminución mínima de la actividad del catalizador; los semiconductores catalizadores son TiO_{2}, ZnO, Al_{2}O_{3}, MgO, SiO_{2}, CdS, Fe_{2}O_{3}, ZnS, FeOOH, y las impregnaciones son de KMnO_{4}, ácido periódico, y el peryodato; la fotoactivación se lleva a cabo con fotones principalmente del ultravioleta de onda corta UV-C (200-295 nm) y es donde más ocurre el efecto germicida, la óptima acción UV germicida ocurre en 265 nm, el material genético o DNA es blanco para la UV, como la luz UV penetra la pared de célula y membrana citoplasmática, ocasiona una reestructuración molecular de DNA del microorganismo que así lo previene de reproducirse, si una célula no puede reproducirse, se considera muerta.
En la superficie del sólido tiene lugar como consecuencia de esta fotoactivación procesos de transferencia de electrones, los electrones de valencia pueden ser excitados a la banda de conducción creando pares electrón-huecos altamente reactivos, los electrones en exceso de la banda de conducción reaccionan con el oxígeno molecular para formar iones superóxido que pueden formar radicales hidroxilo, la superficie de los huecos reacciona con el agua absorbida o con los grupos OH- igualmente para formar radicales hidroxilo, de esta forma la superficie fotoactivada es capaz de promover reacciones catalíticamente fotoasistidas.
Realización preferente de la invención
El procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores que se preconiza, está constituido a partir del moldeo por extrusión de monolitos con canales de sección cuadrada (tipo panel de abeja, pero de sección cuadrada) de entre 2 y 4 mm de lado, inicialmente se preparan pastas de mezclas de catalizador semiconductor (10-50% en peso), soporte (40-90%) y oxidante (1-20%), la consistencia y plasticidad de la pasta se adecua controlando la cantidad de agua incorporada, la pieza posteriormente extrusada se corta del tamaño adecuado y se seca cuidadosamente (80º-100ºC durante 4-8 horas, con una rampa de calentamiento de 3º-5ºC min^{-1}), para evitar modificaciones en la geometría.
Una vez seca, se le somete a un tratamiento térmico adecuado para otorgarle estabilidad mecánica (200-500ºC durante 2-4 horas), los materiales compuestos tiene mayor porosidad que los obtenidos a partir de los componentes puros, en virtud de su estructura fibrilar; para la superficie granulada se podrá usar el método anteriormente descrito sin necesidad de extrusar la mezcla y controlando la cantidad de agua incorporada de manera que el producto final obtenido tenga un % de humedad entre el 5-10%.
Las lámparas ultravioletas pueden diferir en geometría, potencia, tiempo de vida y tipos, las fibras ópticas tiene las ventajas de una transferencia de radiación directa a la superficie y de la alta área superficial activada en relación con el volumen del reactor.
En síntesis, la invención se configura a partir de un soporte formado por silicatos de magnesio naturales con propiedades reológicas adecuadas para obtener un producto final en forma granulada o para moldear por extrusión, monolitos o para impregnaciones en una relación 40%-90% del peso total y a la vez incorporando semiconductores catalizadores de forma unitaria o mezcla de los mismos en una relación del 10%-50% en peso total, preferentemente TiO_{2}, ZnO, Al_{2}O_{3}, MgO, SiO_{2}, CdS, Fe_{2}O_{3}, ZnS, FeOOH, estando capacitados estos semiconductores catalizadores para promover reacciones catalíticamente fotoasistidas en las que tienen lugar procesos de transferencia de electrones.
La invención incorpora impregnaciones de disoluciones de sustancias oxidantes constituidas por KMnO_{4}, ácido periódico y el peryodato en una relación que oscila entre el 1% y el 20% del peso total, realizándose la fotoactivación mediante fotones, principalmente del ultravioleta de onda corta UV-C (200-295 nm).

Claims (6)

1. Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores caracterizado por estar constituido a partir del moldeado por extrusión de monolitos con canales de sección cuadrada, tipo panal de abeja, que presentan unas dimensiones que oscilan entre 2 mm y 4 mm de lado, preparándose pastas de mezclas de catalizador semiconductor entre 10% y 50% en peso, un soporte incorporado entre 40% y 90% y un oxidante incorporado entre un 1% y un 20%, adecuándose la consistencia y plasticidad de la pasta obtenida, controlando la cantidad de agua incorporada, cortándose posteriormente la pieza extrusada y secándose a una temperatura que oscila 80º y 100º centígrados durante una etapa de 4 a 8 horas, con una rampa de calentamiento de 3º a 5º centígrados min^{-1}, y una vez seca es sometida a un tratamiento térmico adecuado para otorgar estabilidad mecánica entre 200º centígrados y 500º centígrados durante un tiempo que oscila entre 2 y 4 horas.
2. Procedimiento fotocalalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores, según la primera reivindicación, caracterizado porque para la superficie granulada podremos usar el método anteriormente descrito sin necesidad de extrusar la mezcla y controlando la cantidad de agua incorporada de manera que el producto final obtenido tenga un % de humedad entre 5-10%.
3. Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores, según la primera reivindicación, caracterizado porque el soporte está configurado por silicatos de magnesio naturales.
4. Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores, según la primera reivindicación, caracterizado porque los semiconductores catalizadores pueden estar configurados de forma unitaria o mezclada entre sí por TiO_{2}, ZnO, Al_{2}O_{3}, MgO, SiO_{2}, CdS, Fe_{2}O_{3}, ZnS y FeOOH.
5. Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores, según la primera reivindicación, caracterizado porque las impregnaciones de disoluciones de sustancias oxidantes están constituidas por KMnO_{4}, ácido periódico y peryodato.
6. Procedimiento fotocatalítico para el control de la microbiota del aire en ambientes interiores, según la primera reivindicación, caracterizado porque la fotoactivación se lleva a cabo con fotones principalmente del ultravioleta de onda corta UV-C
(200-295 nm).
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