ES2557230T3 - Dispositivo, sistema y procedimiento de tratamiento de gas por el método descarga capa dieléctrica - Google Patents

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Philippe Petit
Pierre-Jean VIALLE
Alina MACIUCA
Catherine BATIOT-DUPEYRAT
Jean-Michel TATI-BOUET
Aymen Amin ASSADI
Abdelkrim BOUZAZA
Dominique WOLBERT
Cédric VALLET
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Nationale Superieure de Chimie de Rennes
Compagnie Industrielle dApplications Thermiques SA CIAT
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Abstract

Dispositivo (1) de tratamiento de gas, que comprende: - un conducto dieléctrico (2) que consta de una entrada (E) y una salida (S) de gas, - una lámpara (3) que genera una radiación al menos en parte ultravioleta (UV), colocada en el conducto (2), - un primer electrodo (4), dispuesto contra una pared exterior (22) del conducto (2), - un segundo electrodo (5), dispuesto en el interior del conducto (2), - un elemento fotocatalítico amovible (6), dispuesto contra una pared interior (21) del conducto (2) y que comprende un soporte que soporta un fotocatalizador, caracterizado porque el segundo electrodo (5) está formado por un hilo metálico helicoidal que consta de unas espiras (51, 52, 53, 54) que adhieren el elemento fotocatalítico (6) contra la pared interior (21) del conducto (2).

Description

DESCRIPCION
Dispositivo, sistema y procedimiento de tratamiento de gas por el metodo descarga capa dielectrica.
5 [0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo, un sistema y un procedimiento de tratamiento de gas.
[0002] La fotocatalisis permite acelerar una reaccion qmmica que se produce en la superficie de una sustancia denominada «fotocatalizador», cuando esta ultima absorbe unos fotones. Generalmente, el fotocatalizador esta constituido por dioxido de titanio.
10
[0003] La fotocatalisis se utiliza para eliminar los contaminantes organicos presentes en el aire. Una lampara emite una radiacion ultravioleta que ilumina el fotocatalizador, que se transforma entonces en un potente oxidante que destruye los componentes organicos volatiles (COV). Mas precisamente, cuando esta sometido a una radiacion Uv, el fotocatalizador libera unos radicales oxigenados en su superficie, que deterioran los compuestos organicos
15 hasta que el carbono de las cadenas de carbono se transforme completamente en dioxido de carbono.
[0004] WO-2009/007588 divulga una unidad de tratamiento de gas por fotocatalisis, que comprende un soporte dielectrico plano cuyas dos caras constan cada una de una banda conductora que forma un electrodo. Un generador electrico alimenta los electrodos, que generan un plasma de superficie contra el fotocatalizador. En
20 funcionamiento, el plasma de superficie constituye una fuente estable de la radiacion que activa el catalizador. De esta manera, la funcion del plasma es la misma que la de la radiacion UV de la lampara. No obstante, la eficacia del plasma es inferior a la de una radiacion de una lampara, de modo que esta unidad de tratamiento tenga un bajo rendimiento.
25 [0005] WO-2007/051912 divulga un dispositivo de tratamiento de efluentes gaseosos en el cual el
fotocatalizador es activado a la vez por unas lamparas, distribuidas en el exterior del dispositivo, emitiendo una radiacion ultravioleta y por un plasma fno generado por unos electrodos alimentados por un generador electrico. La eficacia de este dispositivo de tratamiento es mejor que la unidad de tratamiento de WO-2009/007588, en la cual el catalizador es activado unicamente por un plasma fno. Por otro lado, el fotocatalizador puede estar colocado 30 perpendicularmente a los electrodos y al flujo de aire y se presenta entonces en forma de un soporte permeable, por ejemplo en nido de abejas. Como alternativa, el fotocatalizador esta dispuesto paralelamente a los electrodos y al flujo de aire y se presenta entonces en forma de una sucesion de capas paralelas. La fabricacion de tal dispositivo es relativamente larga y costosa, teniendo en cuenta la disposicion del fotocatalizador. Ademas, la radiacion ultravioleta de las lamparas no permite una irradiacion optima del fotocatalizador ya que las lamparas estan 35 localizadas en el exterior del dispositivo y tienen una accion limitada ya que iluminan localmente el fotocatalizador.
[0006] Son estos inconvenientes los que pretende solucionar mas particularmente la invencion proponiendo un dispositivo de tratamiento de gas que asocia el tratamiento por fotocatalisis y por plasma, combinando los efectos de las radiaciones ultravioletas en el fotocatalizador y de un plasma fno de superficie. La invencion propone un
40 dispositivo eficaz para reducir rapidamente la concentracion de los contaminantes, facil y rapido de fabricar y que tiene un coste de fabricacion reducido.
[0007] A tal efecto, la invencion tiene como objeto un dispositivo de tratamiento de gas, que comprende:
45 - un conducto dielectrico que consta de una entrada y una salida de gas,
- una lampara que genera una radiacion al menos en parte ultravioleta, colocada en el conducto,
- un primer electrodo, dispuesto contra una pared exterior del conducto,
50
- un segundo electrodo, dispuesto en el interior del conducto,
- un elemento fotocatalttico amovible, dispuesto contra una pared interior del conducto y que comprende un soporte que soporta un fotocatalizador.
55
[0008] El segundo electrodo esta formado por un hilo metalico helicoidal que consta de espiras que adhieren el elemento fotocatalftico contra la pared interior del conducto.
[0009] Gracias a la invencion, el montaje del elemento fotocatalftico en el interior del conducto es facil y
rapido, gracias al segundo electrodo que adhiere el elemento fotocatalftico contra la pared del conducto. El tratamiento del gas es eficaz teniendo en cuenta la geometna del segundo electrodo, que permite a una gran mayona de la radiacion ultravioleta alcanzar el fotocatalizador.
5 [0010] Segun unos aspectos ventajosos pero no obligatorios de la invencion, tal dispositivo de tratamiento de gas puede incorporar una o varias de las caractensticas siguientes, tomadas en toda combinacion tecnicamente admisible:
- El elemento fotocatalftico se presenta en forma de una hoja flexible.
10
- La lampara esta en el interior de un tubo de cuarzo.
- La seccion del conducto y las espiras del segundo electrodo son circulares.
15 - El conducto esta fabricado al menos en parte con vidrio borosilicato.
- La lampara es de forma alargada y esta centrada en un eje longitudinal del conducto.
- El soporte del elemento fotocatalftico esta fabricado al menos en parte con unas fibras de vidrio.
20
[0011] La invencion se refiere igualmente a un sistema de tratamiento de gas que comprende:
- tal dispositivo de tratamiento de gas,
25 - un primer generador electrico alternativo que alimenta la lampara,
- un segundo generador electrico alternativo que alimenta los electrodos,
- un organo de puesta en depresion que hace circular el gas que se va a tratar entre la entrada y la salida del 30 conducto.
[0012] Por ultimo, la invencion se refiere a un procedimiento de tratamiento de gas por medio de tal sistema, que comprende unas etapas en las cuales:
35 - a) el organo de puesta en depresion hace circular el gas entre la entrada y la salida del conducto,
- b) los electrodos generan un plasma fno de superficie contra la cara delantera del elemento fotocatalftico,
- c) la lampara genera una radiacion ultravioleta hacia la cara delantera del elemento fotocatalftico,
40
[0013] De manera ventajosa, las etapas son simultaneas.
[0014] La invencion se comprendera mejor y otras ventajas de esta apareceran mas claramente a la luz de la descripcion que se muestra a continuacion de un sistema, de un dispositivo y de un procedimiento de tratamiento de
45 gas conformes a la invencion, dada unicamente a tftulo de ejemplo y realizada en referencia a los dibujos anexos en los cuales:
- La figura 1 es un esquema de un sistema de tratamiento de gas conforme a la invencion;
50 - La figura 2 es una seccion esquematica, a mayor escala, del detalle II de la figura 1.
[0015] La figura 1 muestra un sistema de tratamiento de gas 10, que comprende un dispositivo 1 conectado a dos generadores electricos alternativos 8 y 9. El dispositivo 1 comprende un conducto 2 de forma alargada que se extiende a lo largo de un eje longitudinal central X y fabricado a partir de un material dielectrico, por ejemplo vidrio
55 borosilicato tal como Pyrex (marca registrada). El conducto 2 es cilrndrico, de seccion circular y consta de una superficie interior 21 y una superficie exterior 22 cilrndricas, de seccion circular, situadas respectivamente en el interior y en el exterior de un volumen interior V del conducto 2. Un organo de puesta en depresion no representado, tal como un ventilador, hace circular el gas que se va a tratar en el volumen V, entre una entrada E y una salida S del conducto 2, como se representa por las flechas F.
[0016] Una lampara 3 de forma alargada, que emite una radiacion ultravioleta UV, esta dispuesta en el volumen V del conducto 2. La lampara 3 esta centrada sobre el eje X del conducto 2 y esta alimentada por el generador 8, que esta unido a lampara 3 por unos cables electricos C3 que se extienden en un tubo de cuarzo 7 dispuesto alrededor
5 de la lampara 3 y que dejan pasar la radiacion de la lampara 3. La lampara 3 es cilmdrica, de seccion circular, y su diametro es inferior al diametro interior del conducto 2 y al diametro del tubo de cuarzo 7.
[0017] El tubo de cuarzo 7 permite realizar la estanqueidad del conducto 2 al nivel de sus extremos. Ademas, el sistema de conexion de la lampara 3 esta protegido de las reacciones qmmicas que tienen lugar en el conducto 2
10 por el tubo de cuarzo 7. El tubo de cuarzo 7 deja al menos en parte pasar la radiacion UV emitida por la lampara 3.
[0018] Un elemento fotocatalftico 6 se adhiere contra la superficie interior 21 del conducto 2. El elemento fotocatalftico 6 se presenta en forma de una hoja flexible que consta de una cara trasera 61 y una cara delantera 62. El elemento fotocatalftico 6 comprende un soporte dielectrico, es decir no conductor, que soporta un fotocatalizador
15 distribuido sobre la cara delantera 62. Por ejemplo, el soporte es de fibras de vidrio y el fotocatalizador es de dioxido de titanio TiO2.
[0019] El elemento fotocatalftico 6 se enrolla, lo que le confiere una forma cilmdrica, de seccion circular. Cuando el elemento fotocatalftico 6 se instala en el interior del conducto 2, su cara trasera 61 esta en contacto de superficie
20 con la superficie interior 21 del conducto 2 y su cara delantera 62 se gira hacia la lampara 3. Preferentemente, las caras 61 y 62 no se solapan y los bordes del elemento fotocatalftico son enrasados, es decir que estan en contacto uno con otro. Eventualmente, los bordes pueden solaparse unos miftmetros o un espacio libre puede subsistir entre los bordes.
25 [0020] Un electrodo tubular 4 esta dispuesto contra la superficie exterior 22 del conducto 2. El diametro interior del electrodo 4 es igual, al juego de funcionamiento proximo, al diametro de la superficie exterior 22 del conducto 2. Asf, el electrodo tubular 4 esta en contacto de superficie con la superficie exterior 22 del conducto 2.
[0021] Un electrodo helicoidal 5 esta dispuesto en el interior del conducto 2, entre el tubo de cuarzo 7 de la 30 lampara 3 y el elemento fotocatalftico 6. El electrodo helicoidal 5 esta constituido por un hilo enrollado para formar varias espiras circulares 51, 52, 53 y 54 espaciadas de un paso p. El hilo es deformable elasticamente y cuando el electrodo helicoidal 5 no esta sometido a unos esfuerzos mecanicos, se inscribe en una envoltura cilmdrica que tiene un diametro ligeramente superior al diametro interior del conducto 2. Cuando el electrodo helicoidal 5 esta dispuesto en el interior del conducto 2, se deforma elasticamente y su diametro exterior disminuye, de modo que las espiras de 35 51 a 54 adhieren Radialmente el elemento fotocatalftico 6 contra el conducto 2, realizando un contacto de superficie entre la cara trasera 61 del elemento fotocatalftico 6 y la pared interior 21 del conducto 2. Las espiras de 51 a 54 del electrodo helicoidal 5 estan entonces en contacto con la cara delantera 62 del elemento fotocatalftico 6, que soporta el fotocatalizador.
40 [0022] Los electrodos 4 y 5 estan fabricados a partir de un material conductor y estan alimentados por el generador 9, por medio de cables electricos C4 y C5. Por ejemplo, el electrodo helicoidal 5 es de acero inoxidable, lo que le permite resistir a la oxidacion generada por las reacciones qmmicas que tienen lugar en el conducto 2 y lo que le confiere una flexibilidad y una elasticidad que le permite adherir el elemento fotocatalftico 6 contra el conducto 2. El electrodo tubular 4 es por ejemplo de cobre, lo que le permite ser adherido facilmente contra la superficie 45 exterior 22 del conducto 2.
[0023] En funcionamiento, un ventilador hace circular el gas que se va a tratar entre la entrada E y la salida S del conducto 2. El generador 8 alimenta la lampara 3 que genera una radiacion ultravioleta UV sobre la cara delantera 62 del elemento fotocatalftico 6, lo que crea una reaccion de fotocatalisis.
50
[0024] Simultaneamente, el generador 9 crea una diferencia de potencial electrico entre el electrodo tubular 5 y el electrodo helicoidal 4. un plasma fno de superficie 11 se forma asf contra la cara delantera 62 del elemento fotocatalftico 6, alrededor de las espiras de 51 a 54. El plasma de superficie 11 crea unos vientos ionicos que favorecen la homogeneizacion del gas tratado, lo que aumenta la eficacia de la fotocatalisis.
55
[0025] Como se puede ver en la figura 2, el paso p del electrodo helicoidal 5 se adapta para que el plasma de superficie 11 generado alrededor de cada espira de 51 a 54 no solape el plasma de superficie 11 generado por una espira adyacente. Ademas, el plasma de superficie 11 generado por cada espira de 51 a 54 es contiguo, incluso casi contiguo, al plasma de superficie 11 generado por la o las espiras adyacentes. Asf, la totalidad, incluso la casi
totalidad, del elemento fotocatalftico 6 esta cubierto por el plasma de superficie 11.
[0026] La destruccion de los compuestos organicos presentes en el gas que se va a tratar es debida al efecto combinado de la fotocatalisis, realizada activando el fotocatalizador con la radiacion UV y del plasma de superficie.
5 Esto mejora la rapidez de la reaccion qmmica de destruccion de los compuestos organicos presentes en el gas.
[0027] Por radiacion ultravioleta, se entiende una radiacion cuya longitud de onda esta comprendida en el ambito de los ultravioletas, es decir entre 100 nm y 400 nm. En funcion de la naturaleza de los contaminantes que se van a eliminar, es posible seleccionar la longitud en funcion de la naturaleza de los contaminantes.
10
[0028] La lampara 3 se coloca en el centro del conducto 2, lo que permite obtener una potencia de irradiacion homogenea del fotocatalizador. Asf, los efectos de la radiacion ultravioleta UV se mejoran.
[0029] En otro modo de realizacion, no representado, el conducto 2 no es de seccion circular. Por ejemplo, el 15 conducto 2 puede ser un tubo de seccion rectangular o cuadrada. En este caso, las espiras de 51 a 54 del electrodo
helicoidal 5 tienen una forma adaptada para adherir el elemento fotocatalftico 6 contra la pared interior 21 del conducto 2. Por ejemplo, las espiras de 51 a 54 pueden tener la forma de una estrella de cuatro puntas cuyas puntas estan colocadas contra las aristas de la pared interior 21 del conducto 2.
20 [0030] La radiacion emitida por la lampara 3 puede tener una longitud de onda unica o extenderse sobre una gama de longitudes de onda. En este caso, la radiacion es al menos en parte ultravioleta, es decir que sus longitudes de ondas estan comprendidas al menos en parte en el ambito de los ultravioletas.
[0031] El montaje del dispositivo de tratamiento de gas 1 es simple y rapido: es suficiente con insertar el electrodo 25 helicoidal 5 en el conducto 2 para realizar el mantenimiento en posicion del elemento fotocatalftico 6.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo (1) de tratamiento de gas, que comprende:
    5 - un conducto dielectrico (2) que consta de una entrada (E) y una salida (S) de gas,
    - una lampara (3) que genera una radiacion al menos en parte ultravioleta (UV), colocada en el conducto (2),
    - un primer electrodo (4), dispuesto contra una pared exterior (22) del conducto (2),
    10
    - un segundo electrodo (5), dispuesto en el interior del conducto (2),
    - un elemento fotocatalftico amovible (6), dispuesto contra una pared interior (21) del conducto (2) y que comprende un soporte que soporta un fotocatalizador,
    15
    caracterizado porque el segundo electrodo (5) esta formado por un hilo metalico helicoidal que consta de unas espiras (51, 52, 53, 54) que adhieren el elemento fotocatalftico (6) contra la pared interior (21) del conducto (2).
  2. 2. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el elemento fotocatalftico (6) se 20 presenta en forma de una hoja flexible.
  3. 3. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la lampara (3) esta en el interior de un tubo de cuarzo (7).
    25 4. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la seccion del
    conducto (2) y las espiras (51-54) del segundo electrodo (5) son circulares.
  4. 5. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conducto (2) esta fabricado al menos en parte con vidrio borosilicato.
    30
  5. 6. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la lampara (3) es de forma alargada y esta centrada sobre un eje longitudinal (X) del conducto (2).
  6. 7. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el soporte del 35 elemento fotocatalftico (6) esta fabricado al menos en parte con unas fibras de vidrio.
  7. 8. Sistema (10) de tratamiento de gas, caracterizado porque comprende:
    - un dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones precedentes,
    40
    - un primer generador electrico alternativo (8) que alimenta la lampara (3),
    - un segundo generador electrico alternativo (9) que alimenta los electrodos (4, 5),
    45 - un organo de puesta en depresion que hace circular el gas que se va a tratar entre la entrada (E) y la salida (S) del conducto (2).
  8. 9. Procedimiento de tratamiento de gas por medio de un sistema (10) segun la reivindicacion 8, caracterizado porque comprende unas etapas en las cuales:
    50
    - a) el organo de puesta en depresion hace circular el gas entre la entrada (E) y la salida (S) del conducto (2),
    - b) los electrodos (4, 5) generan un plasma frio de superficie (11) contra la cara delantera (62) del elemento fotocatalftico (6),
    55
    - c) la lampara (3) genera una radiacion ultravioleta (UV) hacia la cara delantera (62) del elemento fotocatalftico (6).
  9. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado porque las etapas son simultaneas.
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