ES2659882T3

ES2659882T3 - Cuerpo poroso de descontaminación de un fluido, y procedimiento para su obtención

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Publication number: ES2659882T3
Application number: ES10752010.8T
Authority: ES
Inventors: Serigne Dioum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2018-03-19
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: EP2454199A1; JP6044341B2; AU2010272428A1; RU2559498C2; AU2010272428B2; MX2012000689A; PT2454199T; EP2454199B1; JP2012532921A; WO2011007097A1; CN102482119A; CO6612192A2; PL2454199T3; BR112012000768B1; US20120138526A1; CA2768001C; PE20121295A1; NO2454199T3; IL217496A0; ZA201201036B

Abstract

Producto (10) de descontaminación de un fluido, que comprende, por una parte, un cuerpo poroso (12) que comprende un componente carbonado y presenta una superficie específica externa e interna (14) y, por otra parte, una capa metalizada (16) de espesor como máximo nanométrico que recubre al menos una parte de la superficie específica externa e interna (14) del cuerpo poroso (12), comprendiendo la capa metalizada (16) al menos un metal pesado de masa atómica superior o igual a la del cobre y del silicio, estando unidos el metal pesado y el silicio de la capa metalizada al componente carbonado del cuerpo poroso (12) mediante uniones químicas (18) que resultan de la acción de fuerzas intramoleculares de manera a constituir unos componentes de tipo carburos de siliciuros de metal.

Description

CUERPO POROSO DE DESCONTAMINACION DE UN FLUIDO,

Y PROCEDIMIENTO PARA SU OBTENCION

La presente invención se refiere a un produclo de descontaminación de un fluido. Se refiere

5: igualmente a un procedimiento para la obteneDn de este producto.

Los productos conocidos de descontaminación del agua actúan por filtracDn. Los carbones

activados, las arenas y otros cueipOs porosos por ejemplo, tienen muy buenas capacidades de filtración resultando

de su importante superticie especifica externa e inlema que pennite una gran adsorción. El principal inconveniente

de estos productos proviene del hecho de que no tienen efeclo bactericida o al menos baclerioslático combinado

10: con su simple poder de filtración mecánica. Al contrario, resultan ser incluso unos nidos perfectos para bacterias y

no garantizan la potabilidad del agua filtrada. Por lo tanto no penn~en evitar la ad ición de desinfectantes quimicos

(doro, peróxidos, etc.), en el proceso de tratamiento de aguas.

También se conocen productos para el tratamiento bactericida del agua constituidos por carbón

activado impregnado con plata bajo la forma de sales. Estos productos de tratamiento se obtienen en particular

15: mediante n merso n del carbón activado en una solución de nitratos y otras sales de plata. Un producto de este tipo

esta por ejemplo descrito en la patente publicada bajo el número FR 2585694. Este producto tiene inconvenientes

debido a que una liberación de plata y de nitratos en el agua tratada es inevitable: unos nitratos se quedan presentes

en el producto obtenido y la plata añadida según este procedimiento solo está relacionada con el cuerpo poroso

mediante unos uniones químícos débiles de tipo uniones de Van derWaals.

2 O: Porolro lado, en este documento FR 2,585,694 Y también en la patente publicada bajo el número

4,407,865 US, esta previsto metalizar el carbón activado con metal de plata, en cal iente, en una camara con una

atmósfera inerte donde un alto vacío es eventualmente efecb.Jado. En esta cámara, la plata es evaporada para

poder penetrar el carbón. Este procedimiento permite una buena difusión de la plata e n los poros del carbón pero

el mal enganche de la plata con el carbono conlleva de nuevo una liberación de la plata en el agua tratada. Además,

25: el producto obten ido es más friable y se desgasta con el paso del agua. Esta aplicación no penn~e obtener un

producto estable y su obtención de manera ndustrial es difícil

Más recientemente, la contribuciln de las nanotecnobgías ha permitido consd erar el desarrollo

de nano materiales, o de materiales en los cuales al menos uno de los constituyentes está presente a escala

nanométrica, que unas propiedades especificas y remarcables hacen que sean particularmente adecuados para

30: aplicaciones especialmente en la lucha para la protección del medio ambiente o para la descontaminación. En el

campo de tratamiento de los fluidos, ydel agua en particular, las investigaciones han aportado algunas evoluciones

tanto en el campo de la filtración (ullrafiltración a través de membranas de nueva generaCión) como en el campo

del tratamiento bactericida o al menos bacteriostático de flu idos, o en el campo del tratam iento para la degradaci m

de contaminantes químicos especialmente para las nanopartículas metálicas.

35: Por ejemplo, un filtro eliminador de pesticidas basado en la química de las nanopartículas ha sido

desarrollado en el Instituto Indio de Tecnología NT (por sus siglas en inglés "India n Institute of Technology") de

Chennai. Esta aplicación resulta de la observación de que los hidrocarburos halogenados tales como el tetractoruro

de carbono se descomponen en halogenuros metálicos y en carbono amorfo como continuación a unas reacciones

con el oro y unas nanopartículas de plata. Pero este filtro no tiene un efecto bactericida o bacteriostático

4 O: Por ejemplo también, la unidad de Nano-Fotocida (marca registrada) cuya tecnología fue

desarrollada por la Universidad de Hong-Kong, basa su principio de func ionamiento en la acción de una radiación

ultravioleta de baja potencia y actuando la activación de un dióxdo de litano como un catalizador en su superficie

en presencia de aire o de agua para generar los radicales hidroxilos que oxidan ciertos contaminantes como las

bacterias y los virus, proporcionando como producb resultante de estas reacciones dióxido de carbono y agua. Se

45: nota sin embargo, que esta reacción produce dióxido de carbono y no es ideal cuando este gas con efecto

invemadero es objeto de atención enfocado a la reducción de sus emisiones.

Finalmente, unas investigaciones están actualmente en curso, especialmente en la universidad

RICE de Houston en los Estados Unidos de América, sobre las nanopartículas bimetálicas y sus capacidades para

degradar los aromatos orgánicos y los pesticidas contenidos en las aguas subterráneas bajo la acción de una

50: radiación ultravioleta

Sin embargo, los procedimientos que mejor se controlan hoy en día de inyección de átomos

metálicos sobre los cuerpos porosos en medio plasma permiten proporcionar unos productos que no producen ya

liberación metálica gracias al establecimiento de uniones químicos fuertes entre los átomos metálicos inyectados y

la superficie específica del cuerpo poroso

55: Se entiende por ' unión quimico fuerte", cualquier unión que involucra un unión químico que resulta

de la acción de fuerzas intramoleculares: en esta categoría entran los uniones covalentes (comparten una nube de

electrones entre dos átomos), los uniones iónicos (transferencia de al menos un electrón de un átomo hacia otro),

o aún uniones a niveles de potencia más elevados de uno o más electrones. Por el contrario, una unión química

débil resulta de la acción de fuerzas intramoleculares, es deci", de fuerzas de interacciones eléctricas de baja

60: intensidad entre atamos, moléculas o cristales: en esta categoría entran también las unones de tipo Van der Waals

en los cuales ningún electrón se pone en común entre átomos.

La invención se aplica entonces mas particularmente a un producto del tipo mencionado

anlerbrmenle, que comprende por un lado, un cuerpo poroso que tiene una superficie especifica externa e inlerna

y, por otro lado, una capa metalizada de espesor como máximo nanométrico que cubre al menos una parte de la

superficie específica externa e inlerna del cuerpo poroso, comprendiendo la capa metalizada al menos un metal

5: ligado al cuerpo poroso por unos un iones químicos Que resultan de la acción de fuerzas inlramoleculares.

Tal producto es descrito en la patente publicada bajo el número EPO 979212. Este produclo

presenta un cuerpo poroso y una capa metál ica uniformemente distribu ida sobre toda la superficie específica

externa e interna del cuerpo poroso, en la cual bs atomos de melal se unen a la superficie externa e interna del

cuerpo poroso por unas uniones covalentes. La utilización de este producto para ellralamientode un fluido tal como

10: el agua, valida su potencial bactericida

Sin embargo, puede ser deseable diseñar un producto de descontaminación de un fluido que

perm~a mejorar todavía más el tratamiento de este flu ido.

La invencon por lo tanto se refiere a un producto de descontaminación de un fluido, que

comprende, por un lado, un cuerpo poroso que comprende un componente carbonado y que presenta una superticie

15: especifica externa e interna y, por otro lado, una capa metalizada de espesor como máximo nanométrico que cubre

al menos una parte de la superticie especifica extema e interna del cuerpo poroso, comprendiendo la capa

metalizada al menos un metal pesado y silicio un idos al componente carbonado del cuerpo poroso por los uniones

químicos que resultan de la acción de fuerzas intramoleculares, de manera a constituir unos componentes de tipo

20: carburos de silic iuros metálicos. El metal pesado es de masa atómica superior o igual a la del cobre .

Parece que la adición de silicio en la capa metalizada unc o al cuerpo poroso por unos un iones

fuertes proporciona al producto unas nuevas propiedades inesperadas, particularmente en términos de radiación

electromagnética, de transferencia de potencia hacia el fluido tratado y de catálisis energética en los procesos de

degradación de contaminantes químicos tales como ciertos hidrocarburos y otros pesticc as, mientras conservan

25: sus propiedades bactericidas.

Opcionalmente, los carburos de siliciuros metálicos se re velan a un nivel de potencia

aproximadamente igual a 283 eV

Opcionalmente también , al menos una parte del silicio está también unida a al menos una parte

del metal pesado de la capa metalizada por unos uniones químicos que resultan de la acción de fuerzas

30: intramoleculares

Opcionalmente también , la capa metalizada comprende entre otros, unos componentes que

comprenden unos átomos de carbono, de silicio y de metal pesado uncos entre sí por unas uniones químicos de

tipo uniones covalentes

Opcionalmente también , el cuerpo poroso comprende al menos uno de los elementos del conjunto

35: consUuco por un polvo de carbono, de grafila, de carbón activado, de arena yde zeolita

Opcionalmente también, la capa metalizada cubre parcialmente la superficie especifica externa e

interna del cuerpo poroso mediante la formación de agregados

La invenc ó n también tiene por objeto un procedimiento para la obtención de un producto de

descontaminación de un fluido, que comprende una etapa de tratamiento de un cuerpo poroso que comprende un

4 O: componente carbonado y que presenta una superficie específica extema e intema en un reactor de deposición de

plasma de gas inerte y de descarga de radiofrecuencia , siendo dicho reaclar de deposición de tipo diodo, de una

potencia eléctrica aproximadamente igual a 10 1&0/ , acoplada a una caja de sintonía de impedancia de tipo RLC,

mediante·

+ inmersión del cuerpo poroso en el plasma de gas inerte con una fuente de metal pesado de

45: masa atómica superior o igual a la del cobre y una fuente de silicio, a continuación

-inyección de este metal pesado y de este silicio, en el plasma de gas inerte, sobre al menos una

parte de la superficie externa e interna del cuerpo poroso med iante bombardeo de iones de gas

inerte del plasma en las fuentes de melal pesado y de silicio, de manera que forme una capa

metalizada de espesor como máximo nanométrico que recubra al menos una parte de la

50: superficie especifica externa e interna del cuerpo poroso, comprendiendo así dicha capa

metalizada, en interacción con el cuerpo poroso, unos componentes de tipo carburo de siliciuros

de metal en los cuales el metal pesado y el silicio de la capa metalizada están unidos al

componente carbonado del cuerpo poroso med iante uniones químicas que resultan de la acción

de fuerzas intramoleculares,

55: en el cual la temperarura de exc~ación del plasma se lleva a entre 50 00 y 7000 K durante la etapa de tratamiento

La invención también tiene por objeto un proced imiento para la obtención de un producto de

descontaminación de un fluido, que comprende

+ una etapa preliminar de funcionalización de un cuerpo poroso que comprende un componente

60: carbonado y presenta una superticie especifica externa e interna en un reactor de lecho fluid izado

de chorro de bajo presión, especialmente comprend ida entre 5 y 500 Pa, de plasma frío de gas

inerte y de descarga inductiva, y

• una etapa de tratamiento del cuerpo poroso en un reaclar de deposición de plasma de gas inerte

y de descarga de radiofrecuencia, por:

• inmersión del cuerpo poroso en el plasma de gas inerte con una fuente de

5: metal pesado de masa atómica superior o igual a la del cobre y una fuente de silicio, a

continuación

• inyección de este metal pesado y de este silic io , en el plasma de gas inerte,

sobre al menos u na parte de la superficie externa e inerte del cuerpo poroso por bombardeo de

iones de gas inerte del plasma sobre las fuentes de melal pesado y de silicio , de manera que

10: forme una capa metalizada de espesor como máximo nanométrico que recubre al menos una

parte de la superticie especifica externa e interna del cuerpo poroso, comprend iendo así dicha

capa metalizada, en interacción con el cuerpo poroso, unos componentes de tipo carburos de

siliciuros de metal en los cuales el metal pesado y el silicio de la capa metalizada están un idos al

componente carbonado del cuerpo poroso mediante uniones químicas que resuHan de la acción

15: de fuerzas intramoleculares

La invención se entenderá mejor con la ayuda de la siguiente descripción proporcionada solamente a título

de ejemplo y refiriéndose a los dtJujos adjuntos en los cuales·

-la figura 1 representa esquemáticamente la estructura de una porción de producto de

2 O: descontaminación de un fluido según la invención,

-la figura 2 representa esquemáticamente la eslrucb.Jra general de una inslalación para el

funcionamiento de un procedimiento de obtención del producto de la figura 1, Y

-las figuras 3 y 4 representan , en forma diagramática, los niveles energéticos medidos de fluidos

tratados o no por una unidad de filtración que comprende un producto según la invención.

25: El producto 10 de descontaminación de un fluido representado parcial y esquemáticamente en la

figura 1 comprende un cuerpo poroso 12 que presenta una superficie específica externa e interna 14 de una

superficie de manera que le proporcione un poder de fiHraco n importante. En un procedimiento de realización

preferido de la invención, el cuerpo poroso comprende un componente carbonado tal como polvo o unos gránulos

de carbono, por ejemplo de granulometría media comprendida entre 0.5 y 1 mm, grafito bajo la forma de lámina o

30: barra , carbón activado, tejidos o fibras de carbono activado o una combinación de estos elementos. También puede

incluir otros componentes, especialmente unos componentes que comprendan silicio, tal como arenas o zeolita

Sin tratamiento especial, este cuerpo poroso presenta ya virtudes filtrantes pero no bactericidas o bacteriostáticas.

Siguiendo un tratamiento tal como por ejemplo el que se detalla en la fgura 2, el producto 10

comprende además una capa metalizada 16 de espesor como máximo nanométrico que recubre al menos una

35: parte de la superficie específica externa e interna 14 del cuerpo poroso 12. Se entiende por "espesor como máximo

nanométrico' un espesor que no exceda unos nanómetros, oque permanezca esencialmente en unas dimensiones

inferiores al nanómetro

La capa metalizada comprende metal, por ejemplo plata, pero también silicio. Los atamos Ag y Si

de estos componentes están unidos al cuerpo poroso 12 por uniones quimicas fuertes, es decir, conforme a la

4 O: defin ición que se ha dado previamente, por unas uniones químicas que resultan de la acción de fuerzas

intramoleculares. Algunos átomos de plata Ag y de silicio Si de la capa metalizada 16 pueden también estar unidos

entre si mediante uniones químicas que resultan de la acción de fuerzas intramoleculares

El producto mostrado en la figura 1, proporconado a titulo de ejemplo no limitativo , presenta una

capa metalizada utilizando plata pero cualquier otro metal pesado o combinacon de metales pesados (por ejemplo

45: bimetales), que incluyan en particular oro, cobre yzinc, también es adecuada. De manera más general, se entiende

por "metal pesado" cualquier metal de masa atómica superior o igual a la del cobre . También seria conveniente el

níquel: estando generalmente considerado este último como alergén ico y cancerígeno , pero en el producto ID,

estaría presente en cantidades tan ínfimas que no tendría efectos nocivos

Así constituido, el producto 10 está compuesto principalmente de carbono y comprende en

50: cantidades muy pequeñas silicio y un metal pesado, preferiblemente bajo una forma muy pura. La pureza del metal

es por ejemplo del orden de N6, es decir, igual al 99.9999%. Ademas, el procedimiento de obtención de este

producto que se detallará en la figura 2 permite la deposición de una capa metalizada con uniones químicas fuertes

que induyen el metal bajo una forma no oxidada (forma de Ago en el caso de utilizar la plata)

Esta capa metalizada con la a~da de la plata y con uniones químicas fuertes entre la plata, el

55: silicio y el cuerpo poroso proporciona al producto 10 una propiedad bactericida por catalisis energética con

reacciones de oxidacon, o al menos una propiedad bacleriostática.

Mediante aplicación del procedim iento de obtención que será descrito en la Figura 2, la capa

metalizada 16 comprende ventajosamente, en interacción con el cuerpo poroso 12, unos componentes del tipo

carburos de sil iciuros metalicos, especialmente revelados por un nivel de potencia aproximadamente igual a 283

60: eVo La obtencon de estos componentes de estruclura molecular muy estable y por lo tanto sólida, indica que las

uniones químicas entre el metal, el silicio y el cuerpo poroso (especialmente el elemento carbono del cuerpo poroso )

2 O

3 O

4 O

5 O

son muy fuertes, en particular más fuerles que las uniones covalentes o iónicas. De este modo, el producto 10 no se arriesga a perder uno de sus constituyentes cuando se usa en ellralamiento de un fluido como el agua por ejemplo, y al no comprender el riesgo de una nueva liberación de nanoparticulas aunque su capa metalizada sea de espesor nanométrico, es totalmente adaptado a las aplicaciones de potabilización y olras industrias agroalimentarias Que requieren la purificación de fluidos.

La capa metalizada 16 puede también incluir componentes que comprenden átomos de carbono, de silicio yde metal unidos entre sí por unas uniones químicas de tipo uniones covalenles.

Finalmente, en un procedimiento de realización preferido, la capa metalizada 16 solo recubre parcialmente la superficie específica externa e interna 14 del cuerpo poroso 12 por formación de agregados. De esta forma, los poros (que induyen microporos) del cuerpo poroso, donde los sitios activos pueden participar en los intercambos iónicos, en la absorción y en las reacciones catalíticas, no estan completamente tapados por la capa metalizada 16.

La instalación 20 mostrada en la figura 2 es adecuada para la puesta en funcionamiento de un método de obtención de un producto 10 descrito anteriormente. La ilustración es meramente esquemática y no tiene que tomarse en cuenta por sus proporciones

Comprende un primer reactor de funcona1izacim de plasma 22 conectado a un segundo reactor 24 de deposicon de plasma fuera de equilibrio por un conducto 26 provisto de un sistema de transferencia que comprende también una válvula 2R El control de este sistema de transferencia y de esta valwla 28 permite el paso de una placa 30 del interior del primer reactor 22 hacia el interior del segundo reactor 24. En cada reactor, un medio de plasma se genera entre los electrodos 32 y el cuerpo poroso 10, dispuesto sobre la placa 30, es sumergido en este plasma

Más especifica mente, según un procedimiento de obtención del producto 10, en el transcursode una primera etapa de funcionalización 100, se sumerge el cuerpo poroso 12 en el plasma del primer reactor 22. Este reactor 22 es de lecho fluid izado que brota a baja presión, preferiblemente a una presión comprendida entre 5 Y 500 Pa, con plasma fria de gas inerte y con descarga inductiva. El gas inerte empleado es por ejemplo el argón. Durante esta primera etapa 100, el cuerpo poroso 12 es bombardeado con iones de argón, lo que tiene por efecto, en primer lugar, de deshacerse de las impurezas, pero también de expandir su superficie activa mediante aumento de su superficie específica externa e interna y la creación de sitios de andaje.

Los parámetros de funcionamiento de la etapa 100 pueden ser los siguientes:

-: flujo de argón: variable y dependiendo del tipo de material utilizado,

-: preson en el reactor: de 5 a 500 Pa ,

-: temperatura en el reactor: temperatura clásica en medio de plasma frío,

-: potencia de exc~ación del plasma: entre 100 Y 400 W, 400 W, por ejemplo, y

-: duración de la etapa de funconalización: 5 mino

Durante una segunda etapa de deposición 102, el cuerpo poroso 12 es sumergido en el plasma del segundo reactor 24, por ejemplo mediante apertura de la valvula 28 y control del sistema de transferencia, es decir, mediante el desplazamiento de la placa 30 a través del conducto 26. Este reactor 24 es de tipo diodo, de una potencia eléctrica aproximadamente igual a 10 INV, acoplado a una caja de sintonia de impedancia de tipo RLC, con plasma caliente de gas inerte y con descargade radofrecuencia. El gas inerte empleado es por ejemplo también el argón, Este reactor de deposición 24 comprende entre otros unas fuentes de plata y de silicio. La fuente de plata comprende por ejemplo uno o varios hilos de plata, o una placa o lámina de plata, dimensonadas para no a~erar el medio del plasma generado en el reactor 24. La fuente de silicio comprende por ejemplo una placa o una pieza de cuarzo del tamaño y forma también elegidos para no alterar el medio de plasma

Alternativamente, la fuente de silicio puede provenir del mismo cuerpo poroso 12, si éste lo contiene, especialmente cuando comprende arena o zeolita. Por ejemplo, el cuerpo poroso puede estar const~uido por una combinación de carbón activado y de zeol~a. La zeolita es, desde el punto de vista de su estructura compleja, un polímero inorgánico cristalino basado en una serie tridimensional de estructuras cuadri-conectadas de A104y de Si04tetraédricas unidas entre sí por un intercambio de iones de oxígeno. La etapa de funconalizaoon 100 realizada en tal combinacon permrte combinar los macroporos de carbono con los microporos ordenados de la zeolita cubriéndolos con fmas capas. Los macroporos de carbono permiten un fácil acceso a los microporos de la zeolita donde los sitios activos pueden participar en los intercambios iónicos, en la adsorción yen las reacciones catalíticas.

En la segunda etapa 102, las fuentes de plata y de silicio se bombardean con ionesde argón bajo una temperatura del plasma comprendda entre 5000 y 7000 K, lo que tiene por efecto provocar una inyección de atomos de plata y de silicio, en el plasma de argón, por lo menos en una parte de la superficie específica externa e interna del cuerpo poroso 12, de manera que forme una capa metalizada de espesor como máximo nanométrico unida al cuerpo poroso para la formación de carburos de siliciuros de plata y también de sub-productos undos de manera covalente combinando el carbono, la plata y el silicio. Esta capa toma preferiblemente la forma de agregados que no taponan los poros del cuerpo poroso 12, aunque sea posible ajustar los parámetros de tratamiento de la etapa 102 para obtener una capa más uniforme. La duracon de esta etapa 102 se puede regular pero es preferiblemente inferior a 5 mm para la obtención de una capa metalizada bajo forma de agregados de

2 O

4 O

espesor como máximo nanomélrioo. El espacb entre los electrodos 32 del segundo reactor 24 es por ejempb de aproximadamente 4 cm de manera que permita eslablecerun campo eléctrico muy elevado en el plasma, resultando de ello un allo grado de modularidad de la intensidad del flujo de iones de argón y una funcionalización de superficie óptima del cuerpo poroso 12. Esta segunda etapa 102 permite también desarrollar la superficie activa del producto 10 mediante aumento de su superfICie específica externa e ilterna.

Los parámetros de funconamiento de la etapa 102 pueden ser los siguientes:

-: flujo de argón : aproximadamente 40 sccm (cm3 por minuto)

-: presión en el reactor: aproximadamente 0.01 Pa ,

-: temperatura de excitación de plasma en el reaclor: entre 5000 y 7000 K, incluyendo 6000 K,

+ potencia de exc~ación de plasma: 1.5 kW, -frecuencia de la descarga de radiofrecuencia: 13.56 MHz, -tensión de autopolarización: al menos 1 .2.10~ V/m,

+

duración de la etapa de deposición: 3 min, y

-: espesor depositado: entre 5 y 10 angstrom

En estas condiciones, se obtiene una muy alta densidad de atamos de Argón que se encuentran en el estado de excitación metastable 3P2 confiriendo una alta potencia de desenergización al contacto del cuerpo poroso 12. Se evalua la tasa de materia inyectada a 7.5 ~gls

La caracterización por espectroscopia de fotoelectrones X del producto 10 obtenido, permite también revelar el pico de potencia de carburo de siliciuro de plata a 283 eV, pero también otras potencias de unión relativas al carbono, al silicio y a la plata, así como otros estados distintos oxidados en muy pequeña cantidad que son beneficiosos para los mecanismos de descontaminación quimica y otras oxidaciones de las bacterias y virus encontrados en el tratamiento de fluidos

Se ha sometido a prueba y analizado el produclo 10 obtenido conforme a la invención y se ha funcionalizado en un solo y mismo procedimiento integrado tal como el que se ha descr~o anteriormente, con un material de tipo carbón activado, en el caso de tratamiento de aguas. Se comprueba que el tratamiento bactericida es efectivamente verificado pero también se verifica la catalisis de los procesos de degradación de contamnantes quimicos tales como ciertos hidrocarburos y otros pesticidas, como el DDT (es decir, el diclorodifeniltricloroetano) por ejemplo. Además, se observa que la presencia de silicio bajo la forma de carburo desarrolla las propiedades eléctricas del producto.

CONDICIONES EXPERIMENTAl ES PE I A pRUEBA

Se instala en el laboratorio, una undad de filtración que comprende un primer filtro de espesor y un segundo filtro de carbón que comprende el producto de tratamiento 10, para determinar su efectividad en el control de cierto número de patógenos humanos contenidos en el agua. El funconamiento de la unidad se realiza en un módulo de seguridad de clase 111 mediante la utilización de agua bruta del Tamesis como fuente de abastecimiento de agua

El material utilizado para la prueba comprende más especificamente los elementos Siguientes:

+

una cabina de sellado de Clase 11 1,

+

una bomba Watson Mar1ow, Serie 800 (marca registrada) -unos tubos presurizados,

+

50 litros de agua del Tamesis, -dos contenedores Nalgene (marca registrada) de 50 litros estériles,

+

un primer filtro de espesor (02~)

-: un filtro de carbón que comprende el producto 10,

-: unas placas de agar (BCYE, YEA).

Los microorganismos utilizados son los siguientes:

-: Pseudomonas diminuta: una de las bacterias acuáticas más pequeñas, a menudo utilizada para

probar los filtros debido a que es el organismo más probable que penetre un sistema de filtración,

-: Escherichia co/i: indicador particularmente importante de contaminación fecal,

+

Pseudomonas aeruginosa: una bacteria oportunista en pacientes inmunodeficientes, -Legionella pneumophila serogrupo 1 Pontiac: un agente bacteriano responsable de la enfermedad del Legiona rio, que prolifera en los sistemas de agua caliente y frío en edificios así como en las chimeneas de refrigeracn n, y

+

Cryptosporidium parvum, un protozoario parásito que constituye uno de los mayores problemas

para la industria del agua debido a su resistencia al cloro, el desinfeclante más comúnmente

utilizado.

La fuente microbiana se cultiva en un medio apropiado de agar incubado a 370C durante una noche, se agrega a continuación separadamente al agua de la prueba con el fin de obtener una inoculación de 102a 106por mi para cada micro-organismo Se agrega el Cryptosporidium parvum para obtener una cantidad de 104 a 105por mI.

La unidad de filtración se pone en circulación en un bucle durante al menos Iren ta minutos para acondicionar la unidad antes de proceder a la prueba. Se introduce a continuación el agua que contiene el inoculo bacteriano en el filtro a un flujo de 4.15 I/mn con el mde determinar la efectividad de la unidad de filtración para reducir la carga bacteriana.

S Se conducen unas diluciones en serie del prmer filtro para determinar el número efectivo de

bacterias (colonias que forman unidades por mi) que entran y pasan por la unidad de filtración. Se concentran unas muestras de agua filtrada (100 mi) por filtración. Para el analisis de Legionella, se cultivan unas muestras sobre un medio agar BCYE Las

muestras de Pseudomonas diminuta, Pseudomonas aeruginosa y Escherichia coli se cultivan en medios de agar 10 apropiados (YEA) Se conserva una muestra de agua de post-filtración de cada prueba que se volvió a cultivar quince días después, para determinar si ha tenido lugar un nuevo desarrollo. Una alícuota (10 mi) de agua de post-filtración se mezcla inmediatamente con 10 mi de agua de pre-filtración y se determina inmediatamente el número de organismos cultivables a los 5 minutos y a los 15 días

15 El porcentaje de viabilidad de los oocitos de Cryptosporidium parvum en las muestras de agua de pre y post-filtración se determinan por contamnación vital utilizando propidio y 4'-6'diamidino 2-fenilindol. Los resultados se obtienen por examen microscópico usando un microscopio fluorescente

El número de oocitos de Cryptosporidium parvum por mi en las muestras de pre y post-tratamiento de agua se determinan por contaminación de anticuerpos monoclonales de Cryptosporidium marcados con 2 O fk.JOrescencia. El número de oocitos presentes se cuenta mediante utilización de microscopo de fluorescencia Finalmente, se fumiga el material con formaldehído, y se pasa agua caliente (60De) por el interior de la unidad de filtración para desactivar el Cryptosporidium parvum

RESULTADOS pE LA PRUEBA Y plSCUSIÓN

25 La unidad de filtración sometida a prueba ha removido más del 99.9% de todas las especies bacterianas sometdas a prueba. Hubo una reduccon del 100% en el número de Escherichia coli y Legionella pneumophila, y no se encontró ninguna bacteria después del tratamiento. Esto se confirmó cuando 100 mi de agua de post-filtración se concentraron y analizaron para determinar la presencia de bacterias. El mero paso del agua

30 por la unidad de filtración a un flujo de4.15l1mn utilizando el agua del Támesis sugiere que esta unidad de filtración podría reducir en más de un 99.9% la presencia de baclerias patógenas contenidas en el agua Las muestras de agua de post-filtración conservadas durante 15 días, demuestran que no ha ocurroo ningún nuevo desarrollo en las muestras de agua filtradas Se han añadido bacterias al agua de post-filtración con el fin de determinar la eficacia bactericida

35 residual. Los resultados indican que se obtiene una reducción del10 al 20% a los 5 minutos; sin embargo, después de 15 dias, se observa una reducción superior al 95%. Los resultados indicarían entonces que el agua de postfiltracon no sería capaz de controlar rápidamente una re-contamnación por las bacterias utilizadas en esta prueba

El parásito protozoario Crypfosporidium parvum es particularmente resistente a los tratamientos desinfectantes. Sin embargo, hubo una reducción significante (más del 95%) del número de Cryptosporidium 4 O parvumque han pasado por la unidad de filtración.

Se observa además que esta prueba permite destacar las propiedades descontaminantes de la unidad de filtración que comprende el produclo 10 pero también permite destacar una propiedad muy singular que es la remanencia del tratamiento de descontaminacon. La remanencia es lo que se puede definir como la persistencia de un fenómeno cuando la causa de este fenómeno ha desaparecido. En el caso del tratamiento

45 bactericida sometido a prueba, el fluido tratado conserva (algunas veces durante varias semanas dependiendo de las condicones ex.perimentales) su poder descontaminante asegurando una protección sanitaria del agua sin añadir ningún producto químico suplementario tal como el cloro u otros. El estudio y la caracterización de esta remanencia conducen a determinar los diferentes parámetros que influyen en el procedimiento de tratamiento a realizar tal como la potencia cinética del agua que pasa a través de la unidad de filtración, su carga mineral, etc

5 O Por otro lado, al observar el parámetro de temperarura del agua antes y después del tratam iento por la unidad de filtración, se puede identificar el caracler endotérmico de las reacciones catalíticas después del tratamiento ya que un agua bruta inicialmente a 260C con una temperatura ambiental de 27CC sale de la unidad de filtración a 18°C y permanece constante a 190C durante varias horas después, aúnque se deje al aire libre en el mismo medio ambiente a temperatura constante, lo que se traduce por una variacon de entalpia positiva

55 Finalmente, la observación de fenómenos electrostáticos sobre el produclo 10 conduce a interesarse al estudio de la dinámica de los campos eléctricos que son muy bajos en los fluidos tratados, con la ayuda de un dispositivo tal como el "Bioscope System "(marca registrada) comercializado por la sociedad Sonoscope. Dicho dispositivo cuyo prncipio se basa en la electro-bio-impedancia permite detectar y registrar variaciones sutiles de campos electroacústicos comunes en todo medio ambiente bioaclivo. El dispositivo genera

60 con una frecuencia de audio, no acústica, una señal de referencia que es utilizada para ajustar un campo eléctrico expandible. Esta señal de referencia es transmitida por el intermediario de un electrodo transductor a la muestra

que se está analizando. Se establece una señal de referencia entre el dispositivo y la muestra en curso de numerización. Cuando un material está en contacto con el medio, produce una alteración la cual a su \-eZ modifICa la señal de referencia.

Este dispositivo perm~e resaltar las variaciones sutiles de estado que no pueden ser detectadas 5 por los análisis químicos. Permite así visualizar muy rápidamente los cambios de parámetros incluidos los cambios de calidad y la contaminación eventual del agua tralada.

La Figura 3 ~ustra con un diagrama la diferencia clara de niveles energéticos, para una misma frecuencia de excitación (281, 25 Hz) y un Hujo de muestra idéntico, entre un agua tralada por el producto 10 (diagrama de la izquierda) y esta misma agua no tratada (diagrama de la derecha). Este diagrama muestra la

10 evolución en el transcurso de tiempo del espectro, entre O y 4000 Hz, de una onda renviada por el medio correspondiente (el agua tratada a la izquierda y el agua no tratada a la derecha) en respuesta a la onda de excitación. Además, los efectos electromagnéticos, que son entonces energéticos del producto 10 son percibidos por el fluido tratado aun cuando este último no entra directamente en contacto con el producto como se

15 evidencia por los espectros siguientes de la figura 4. En esta figura, las diferencias de energ ia entre un agua tratada por el producto 10 (diagrama de la izquierda) y esta misma agua no tratada (diagrama de la derecha), pero tomadas a proximidad de la unidad de filtrac ión que comprende el producb 10 son bastante menos importantes

Los fenómenos electrostáticos observados son entonces verificados y penniten mostrar que la unidad de filtración sometida a prueba tiene una acción de dinamización energética sobre el fluido a tratar, aún sin 2 O contacto directo cuando el fluido se queda próximo al producto 10. Estas propiedades eléctricas provienen de la

presencia de carburo de siliciuro metálico

Esta dinamica energética se traduce al nivel celular, cuando se introducen diferentes proporciones de agua en un medio de cultivo celular y cuando se mide la absorbancia de proteina. En efecto, se ha realizado un estudio comparativo del efecto de un agua no tratada y de la misma agua tratada con el producto 10 sobre unos

25 fibroblastos en cultivo (entre el20 y el 50% en el medio de cultivo). Se tomaron unas medidas en los sobrenadantes, después de 48 horas de tratam iento. De ello resulta que la ntroduccnn de un agua tratada con el producto 10 permrte sub .. a más del 50% en proporción del medio de cultivo mientras que un agua no tratada solo permite alcanzar el 10% sn que se mueran las células. El incremento de la proporción en agua empobrece el medio nutriente, es pues evidente que la biodisponibilidad del medio es significantemente mejorada con el agua tratada.

30 Esto también se traduce por la observación de un mejor crecimiento celular con el agua tratada Aparece claramente que un producto de descontaminación según la invención, y en particular aquel descrito y probado anteriormente presenta un buen poder catalítico en las reacciones bactericidas de fluidos tales como el agua, el aire u otros fluidos industriales. Como se muestra en las pruebas realizadas, presenta ademas unas propiedades asombrosas de remanencia del efecb bactericida durante varias semanas en el fluido tratado y

35 la mejora de la biodisponibilidad del fluido tratado al dinamizar en particular su energía. Finalmente, produce un efecto a distancia sin contacto directo sobre el fluido por radiación electromagnética El procedimiento de obtención de este producb de descontaminación descrito en referencia a la figura 2 tambien permite incrementar bastante considerablemente la superfICie especifica del producto final mejorando asi su capacidad de adsorción y por lo tantode filtraci m, como se ha precisado en la descripción de las

4 O etapas de funcionalización yde deposición 100 y 102. Se notará también que la invención no está limitada a un procedimiento descrito anteriormente. Otros metales distintos de la plata, especialmente los metales pesados, pueden ser utilizados para melalizar la capa de espesor como máximo nanométrico Le parecera mas generalmente al experto en la materia que se pueden aportar varias

45 modificaciones al modo de realización descrito anteriormente, a la vista de lo que acaba de serie mostrado. En las reivindicaciones siguientes, los términos utilizados no deben de ser interpretados como limitando las reivindicaciones al modo de realización expuesto en la presente descrllción, sino que deben de ser interpretados para que se incluya todos los equivalentes que las reivindicaciones pretenden cubrir debido al hecho de su formulación y cuya previsión esta al alcance del experto en la materia al aplicar sus conocimientos generales en la

50 puesta en funcbnamiento de lo que acaba de serte mostrado La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas

Claims

REIVINDICACIONES

1. Produclo (10) de descontaminación de un fluido , que comprende, por una parte, un cuerpo poroso (12)

que comprende un componente carbonado y presenta una superficie especifICa externa e interna (14) y,

5

por otra parte, una capa metalizada (16)de espesor como máximo nanométrico Que recubre al menos una

parte de la superficie específica externa e interna (14) del cuerpo poroso (12), comprendiendo la capa

metalizada (16) al menos un melal pesado de masa atómica superior o igual a la del cobre y del silicio,

estando unidos el melal pesado y el silicb de la capa metalizada al componente carbonado del cuerpo

poroso (12) mediante uniones químicas (18) que resultan de la acción de fuerzas intramoleculares de

10

manera a constitu ir unos componentes de l ipo carburos de siliciuros de metal

2,

Producto de descontaminación de un flu ido según la reivindicación 1, en el cual los caburos de siliciuros

de metal que comprende, son de un tipo de componentes que se revelan en un nivel de potencia

aproximadamente igual a 283 eV

15

3,

Producto de desoonlaminaciÓll de un fluido según la reivindicación 1 o 2, en el cual al menos una parte del silicio

(Si) está también uni::la a al menos una partedel melal pesado de la capa metalizada (16) mediante unas unbnes

qumicas (18) que resultan de la acción de fuerzas inlramoJeculares

2 O

4, Producto de descontaminación de un fllido según la reivindicación 3, en el cual la capa metalizada (16)

comprende ademas unos componentes que comprenden átomos de carbono, de silicio y de metal pesado

unidos entre sí med iante unb nes químicas de tipo un iones cava lentes

5,

Producto de descontaminación de un flu ido según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 , en el cual

25

el cuerpo poroso (12) comprende al menos uno de los elementos del conjunto constitu ido por un polvo de

carbono, de grafito, de carbón aclivado, de arena y de zeolita

6,

Produclo de descontaminacó n de un flu ido según una cualquiera de las reivindicaciones 1 aS , en el cual

la capa metalizada (16) recubre parcialmente la superficie específica externa e interna (14) de cuerpo

30

poroso (12) mediante la formación de agregados

7,

Procedimiento de obtención de un producto (10) de descontaminación de un fluido, que comprende una

etapa (102) de tratamiento de un cuerpo poroso (12) que comprende un componente carbonado y que

presenta una superficie específica externa e interna (14) en un reactor (24) con deposición de plasma de

35

gas inerte y con descarga de radiofrecuencia, siendo dicho reactor de depos ición (24) de tpo diodo, con

una potencia eléclrica aproximadamente igual a 10 kW , acoplada a una caja de sintonia de impedancia

de tipo RLC, por:

-inmersón del cuerpo poroso (12) en el plasma de gas inerte con una fuente de metal pesado de

masa atómica superior o igual a la del cobre y una fuente de silicio, y a continuación

4 O

-in yección de este metal pesado y de este silicio, en el plasma de gas inerte, sobre al menos una

parte

de la superficie especifica externa e interna (14 ) del cuerpo poroso (12) mediante

bombardeo de iones de gas inerte del plasma sobre las fuentes de metal pesado y de silicio, de

manera que foone una capa metal izada (16) de espesor como maximo nanométrico que recubra

al menos una parte de la superficie especifica extema e interna (14) del cuerpo poroso (12),

45

comprendiendo así dicha capa metalizada (16), en interacción con el cuerpo poroso, unos

componentes de tipo carburo de siliciuros de metal en los cuales el metal pesado y el silicio de la

capa metalizada están unidos al componente carbonado del cuerpo poroso (12) mediante uniones

químicas (18) que resultan de la acción de fuerzas intramoleculares,

en el cual la temperatura de excitación del plasma se lleva a entre 5000 y 7000 K

durante la

50

etapa de tratamiento (102)

8, Procedimiento para la obtención de un producto (10) de descontaminación de un fluido, que comprende:

-una etapa preliminar (100) de funconalizaci6n de un cuerpo poroso (12) que comprende un

componente carbonado y que presenta una superticie especifica externa e ilterna (14) en un

55

reaclor (22) con lecho fluid izado que brota a baja presión, especiamente comprendida entre 5 y

500 Pa , de plasma frío de gas inerte y con deocarga inductiva , y a continuación

-una etapa (102) de tratamiento del cuerpo poroso (12) en un reactor (24) de deposición de

plasma de gas inerte y con descarga de radofrecuencia , por

-ilmersión del cuerpo poroso (12) en el plasma de gas inerte con una fuente de metal

60

pesado de masa atómica superior o igual a la del cobre y una fuente de silicio, y a

continuación

• inyección de este metal pesado y de este silic io, en el plasma de gas inerte, sobre al menos una parte de la superficie especifica externa e inlerna (14) del cuerpo poroso (12) mediante bombardeo de rines de gas inerte del plasma sobre las fuentes de melal pesado y de silicio, de manera que forme una capa metalizada (16) de espesor como 5 máximo nanométrico que recubra al menos una parte de la superficie especifica externa e inlerna (14) del cuerpo poroso (12), comprendiendo así dicha capa metalizada (16), en interacción con el cuerpo poroso, unos componentes de tipo carburos de siliciuros de melal en los cuales el metal pesado y el silicio de la capa metalizada están unidos al componente carbonado del cuerpo poroso (12) mediante uniones químicas (18) que

10 resultan de la acción de fuerzas intramoleculares