ES2897206T3 - Un dispositivo para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa - Google Patents

Un dispositivo para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa Download PDF

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Abstract

Un dispositivo (1) para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa que comprende: un cuerpo de contención (2) que tiene una porción de entrada (3) para la mezcla gaseosa y una porción de salida (4) para la mezcla gaseosa procesada, el cuerpo de contención (2) que impone a la mezcla gaseosa una dirección de flujo fija (D), al menos una unidad de filtrado (10) que comprende un filtro fotocatalítico (7) interpuesto, a lo largo de la dirección fija de flujo (D), entre una primera fuente de luz (6a) y una segunda fuente de luz (6b), ambas con una longitud de onda en el espectro visible el filtro fotocatalítico (7) comprende un revestimiento de nanopartículas fotocatalíticas y el revestimiento de nanopartículas comprende dióxido de titanio dopado con un agente dopante de nitrógeno, comprendiendo el dispositivo (1) también una unidad (5) para enderezar el flujo de mezcla gaseosa colocada antes de la al menos una unidad de filtrado (10).

Description

DESCRIPCIÓN
Un dispositivo para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa
Campo técnico
Esta invención se refiere a un dispositivo para reducir los contaminantes en una mezcla gaseosa.
El desarrollo y la difusión de las actividades humanas han provocado, a lo largo de los años, un aumento cada vez más importante de las sustancias contaminantes presentes en el aire que se respira.
Más específicamente, se dedica una atención cada vez mayor a los efectos que las emisiones contaminantes producidas, por ejemplo, por las plantas de producción y los medios de transporte tienen en el medio ambiente y en los ecosistemas.
Sin embargo, muchos estudios han demostrado que el nivel de contaminantes que se acumula en un espacio cerrado puede ser igual, o incluso mayor, que el presente en el ambiente exterior.
Las sustancias más comúnmente presentes son, en general, los óxidos nítricos (NOx) y comprenden los compuestos orgánicos volátiles (COV), que también pueden tener su origen en objetos domésticos de uso común, como: productos de limpieza, desodorantes, sistemas de aire acondicionado y decoración de interiores.
La necesidad de garantizar el confort de los ambientes interiores y exteriores, tanto domésticos como de trabajo, sin perjudicar la salud de los habitantes, ha llevado al estudio de dispositivos capaces de eliminar o, al menos, hacer inocuas todas aquellas sustancias que puedan ser perjudiciales para la salud humana.
La necesidad de garantizar una buena calidad del aire se hace sentir aún más en los entornos laborales, en los que se pueden llevar a cabo actividades que generan sustancias nocivas para los operarios y en cuyo interior éstos deben permanecer muchas horas al día.
Técnica anterior
Actualmente existen dispositivos de reducción de contaminantes que pueden instalarse en entornos cerrados para reducir los contaminantes por debajo del umbral de riesgo.
Por lo general, se trata de dispositivos de filtrado que se introducen en los conductos de aire normales del entorno de trabajo.
Los dispositivos de la técnica anterior suelen disponer, como unidad filtrante, de filtros fotocatalíticos, generalmente basados en el uso de un fotocatalizador muy a menudo basado en dióxido de titanio, que son capaces, en presencia de oxígeno y agua, de degradar y oxidar eficazmente los citados compuestos contaminantes presentes en el aire. Esta característica ha hecho que el dióxido de titanio sea un compuesto especialmente utilizado en el sector para la fabricación de filtros de aire, ya que es capaz de mejorar notablemente la calidad del aire que se respira en entornos domésticos y laborales.
Más específicamente, la forma del dióxido de titanio anatasa sigue siendo el semiconductor fotocatalíticamente activo más esperanzador en este sector y se han hecho muchos esfuerzos para intentar optimizar los procesos de producción y aplicación de esta forma cristalina en particular.
Más en detalle, el dióxido de titanio tiene propiedades fotocatalíticas que pueden activarse cuando se irradia con una luz que tiene una longitud de onda en la zona ultravioleta, por ejemplo con una longitud de onda de entre 300 y 390 nm, de modo que sólo es capaz de activar el 5% de la radiación luminosa visible.
De esto se deduce que este tipo de dispositivos tiene una eficacia muy baja, a menos que se utilice en combinación con lámparas ultravioletas específicamente diseñadas y fabricadas para realizar la función de activar el dióxido de titanio. Esto también hace que para obtener buenos niveles de rendimiento en la reducción de los contaminantes mediante los filtros de la técnica anterior es necesario que éstos comprendan una serie de fuentes de luz ultravioleta, que se caracterizan por tener importantes consumos de energía y también una baja durabilidad en el tiempo.
Es evidente que en un dispositivo de filtrado que, por su propia naturaleza, debe funcionar de forma continua durante toda la jornada laboral, este consumo de energía sea significativo y problemático para los costes de funcionamiento del sistema en el que está instalado el dispositivo.
Otro inconveniente importante de las fuentes de luz ultravioleta es el coste de adquisición y el número relativamente bajo de horas de vida útil, en particular si se compara con las fuentes de luz en el espectro visible del tipo LED, que se caracterizan por un consumo de energía muy bajo, un coste de adquisición reducido y, al mismo tiempo, un ciclo de vida mucho mayor que el de las demás fuentes de luz tradicionales.
El documento EP2654927 A1 puede representar el estado de la técnica.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
En este contexto, el propósito técnico que constituye la base de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa que supere al menos algunos de los inconvenientes mencionados de la técnica anterior.
El propósito de esta invención es proporcionar un dispositivo para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa caracterizado por una alta eficiencia en términos de eliminación y reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa y que es al mismo tiempo económico y confiable en el uso diario.
Además, un dispositivo de reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa con estas características puede diseñarse no sólo para el tratamiento de contaminantes en habitaciones, sino también para el tratamiento de emisiones gaseosas de tipo industrial que requieren tratamiento antes de ser introducidas en la atmósfera.
La finalidad técnica indicada y los objetivos especificados se logran sustancialmente mediante un dispositivo para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa que comprende las características técnicas descritas en una o varias de las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención son más evidentes en la descripción no limitativo que sigue de una realización preferida de un dispositivo para reducir los contaminantes en una mezcla gaseosa como se ilustra en los dibujos adjuntos, en el que:
- La figura 1 muestra una sección transversal esquemática y un ejemplo no limitativo de un dispositivo para reducir los contaminantes en una mezcla gaseosa según la invención,
- La figura 2 muestra una unidad de filtrado utilizada en un dispositivo según la invención,
- La figura 3 muestra una vista esquemática de una realización de una fuente de luz utilizada en el dispositivo según la invención, y
- La figura 4 muestra una segunda realización de un dispositivo según la invención.
Descripción detallada
El número 1 de la figura 1 denota en general un dispositivo 1 para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa, por ejemplo el aire, que comprende un cuerpo de contención 2 que tiene una porción de entrada 3 y una porción de salida 4 de la mezcla gaseosa.
cuerpo de contención 2 puede estar ventajosamente conectado en serie con los conductos de aireación del edificio. El cuerpo de contención 2 crea una trayectoria física fija que impone una dirección de flujo fija, indicada sólo para simplificar en la figura 2 con la letra "d", en la mezcla gaseosa.
Ventajosamente, el cuerpo de contención 2 comprende elementos para apoyarse en el suelo.
En el interior del cuerpo de contención hay al menos una unidad de filtrado 10, mostrada esquemáticamente en las figuras 1 y 2, que comprende un filtro fotocatalítico 7 interpuesto, a lo largo de la dirección de flujo fija "d" entre una primera fuente de luz 6a y una segunda fuente de luz 6b ambas con una longitud de onda en el espectro visible. Las fuentes de luz 6, 6a, 6b pueden ser de cualquier tipo conocido, ventajosamente del tipo LED.
El filtro fotocatalítico 7 comprende un revestimiento de nanopartículas fotocatalíticas que a su vez comprende dióxido de titanio dopado con un agente dopante de nitrógeno.
Preferentemente, el filtro fotocatalítico 7 es de material cerámico y comprende al menos uno entre: cordierita, mullita, alúmina.
Además, preferentemente, el agente dopante de nitrógeno es uno entre: aminas, amidas, sales orgánicas de amoniaco, sales inorgánicas de amoníaco.
El filtro 7 comprende una superficie de aplicación y un revestimiento de nanopartículas fotocatalíticas configurado para ser depositado en la superficie de aplicación.
El recubrimiento de nanopartículas se realiza depositando nanopartículas fotocatalíticamente activas, utilizando preferentemente nanopartículas de dióxido de titanio en forma de anatasa.
Antes de aplicarse al filtro, el revestimiento de nanopartículas se dopa mediante un agente dopante de nitrógeno. En otras palabras, la superficie de aplicación se recubre con dióxido de titanio en forma de nanopartículas dopadas con nitrógeno.
Como se ha mencionado, el precursor utilizado como agente de dopaje de nitrógeno se selecciona preferentemente entre: amina, amidas, sales orgánicas de amonio, sales inorgánicas de amonio.
La activación del revestimiento se realiza directamente en la superficie mediante el calentamiento a una temperatura de unos 500°C.
La presencia del nitrógeno permite modificar la brecha de banda del dióxido de titanio, en particular reduciéndola, haciendo que las propiedades fotocatalíticas sean activadas mediante una amplia gama del espectro de la luz visible y no sólo con la muy limitada componente ultravioleta que se da, por ejemplo, en los dispositivos de la técnica anterior.
Preferentemente, la superficie de aplicación es de material cerámico, que es especialmente adecuado porque proporciona un soporte inerte muy resistente y muy poroso, lo que garantiza una larga vida útil de los dispositivos en los que se utiliza.
Como se ha mencionado anteriormente, preferentemente la superficie de aplicación se realiza utilizando al menos una entre: cordierita, mullita, alúmina.
Para garantizar un resultado de filtrado óptimo y maximizar la eficacia del filtro 7, la superficie de aplicación se realiza mediante una matriz de finas paredes cerámicas que definen una pluralidad de conductos paralelos, abiertos en ambos extremos, de forma que permiten el paso de una mezcla gaseosa. En otras palabras, la superficie de aplicación tiene una pluralidad de conductos, cada uno de los cuales está cubierto con el revestimiento de nanopartículas, definiendo así una pluralidad de sitios de oxidación en los que, mediante la activación de las propiedades fotocatalíticas de las nanopartículas de dióxido de titanio dopadas con un agente dopante de nitrógeno por un fotón incidente, se absorben y degradan los contaminantes, obteniendo así una purificación de la mezcla gaseosa, en particular el aire, que pasa por los conductos de la superficie de aplicación.
Por ejemplo, los óxidos de nitrógeno sufren una degradación en nitratos, mientras que otras sustancias orgánicas volátiles se oxidan, formando residuos carbonosos y/o dióxido de carbono.
Los derivados resultantes de la filtración del aire, que no se eliminan en el flujo de aire, pueden ser fácilmente lavados de la superficie de aplicación, restaurando así completamente la operación.
La unidad de filtrado 10 es ventajosamente del tipo haz tubular, es decir, que comprende una pluralidad de elementos tubulares huecos, dentro de los cuales pasa el flujo de la mezcla gaseosa a tratar y que están colocados paralelamente a la mencionada dirección fija de flujo "d".
Ventajosamente, el recubrimiento de nanopartículas mencionado anteriormente se extiende al menos a la superficie interior de cada elemento tubular que constituye el haz tubular.
Aún más favorablemente, una fuente de luz respectiva 6, 6a, 6b está posicionada dentro de cada elemento tubular. En esta realización, las fuentes de luz 6, 6a, 6b también se colocan en paralelo a la dirección fija de flujo "d".
Con referencia a la figura 3, en el dispositivo 1 para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa según la presente invención, las fuentes de luz 6a, 6b pueden colocarse de manera que no estén en contacto directo con el flujo de la mezcla gaseosa al estar insertadas dentro de un contenedor respectivo 8.
El recipiente 8 debe ser al menos parcialmente transparente a la luz visible emitida por las fuentes de luz 6a, 6b. Además, ventajosamente, entre el contenedor 8 y las fuentes de luz 6, 6a y 6b hay un espacio de aire 9.
En el interior de la cámara de aire 9 hay aire a una presión superior a la del flujo de la mezcla gaseosa.
De este modo, es posible obtener una seguridad adicional en caso de incendios o explosiones.
La aplicación de un dispositivo de reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa con las características descritas no se limita al tratamiento de contaminantes en locales, donde las concentraciones nunca superan los límites de explosividad, sino que también puede aplicarse al tratamiento de emisiones gaseosas de tipo industrial que requieren un tratamiento antes de ser introducidas en la atmósfera y que, por otra parte, son muy a menudo mezclas que se definen como explosivas. La configuración descrita con el espacio de aire 9 permite la clasificación ATEX para el dispositivo.
En una realización preferida del dispositivo 1 según la presente invención, en el interior del cuerpo de contención 2, en una posición anterior a la unidad de filtrado 10 hay un dispositivo para enderezar el flujo 5 de forma que éste sea más homogéneo y, por tanto, se optimice el funcionamiento de toda la serie de unidades de filtrado 10 presentes en el dispositivo 1.
Más específicamente, el dispositivo 5 de enderezamiento del flujo tiene por objeto distribuir uniformemente el caudal de la masa gaseosa que entra por la porción de entrada 2 en la sección de trabajo de la unidad de filtrado 10 situada después del dispositivo de enderezamiento 5.
La distribución uniforme del caudal de la masa gaseosa permite maximizar el contacto entre la masa y la superficie filtrante, obteniendo una mayor eficiencia general durante la operación de reducción.
Para optimizar el funcionamiento, y por tanto la reducción de los contaminantes, por parte de la unidad de filtrado, las superficies interiores del cuerpo de contención 2 pueden hacerse reflectantes (o incluso tipo espejo) con respecto a la luz visible.
Es evidente que esto maximiza la cantidad de luz emitida por las fuentes de luz 6, 6a, 6b.
De manera ventajosa, además, el dispositivo 1 según la invención comprende un circuito de recirculación que conecta, por ejemplo controlado por una unidad de control, la porción de salida 4 con la porción de entrada 3 del cuerpo de contención 2.
La conexión entre la porción de salida 4 con la porción de entrada del cuerpo de contención 2 puede comprender un conducto hueco controlado a través de la apertura de una válvula respectiva.
La válvula es controlada a su vez por uno o más sensores colocados en la proximidad de la porción de salida 4, configurados para detectar el porcentaje real de contaminantes en la mezcla gaseosa tras el paso por la unidad de filtrado 10.
De este modo es posible, por ejemplo, si los sensores situados en la porción de salida 4 detectan un porcentaje de contaminantes superior a un valor límite, transferir el flujo de la mezcla gaseosa de nuevo a través de la porción de entrada 3 para un nuevo paso por la unidad de filtrado 10 en lugar de por el conducto de aire del edificio.
La figura 4 muestra una segunda solución según la cual el dispositivo 1 comprende un cuerpo de contención 2 que tiene una primera porción de entrada 3 de la mezcla no tratada y una porción de salida 4 de la mezcla gaseosa tratada. El cuerpo de contención puede estar ventajosamente conectado en serie con los conductos de aireación del edificio.
El cuerpo de contención 2 crea una ruta física fija que impone una dirección fija de flujo, etiquetada "d" ', sobre la mezcla gaseosa.
En el interior del cuerpo de contención 2 se encuentra al menos una unidad de filtrado 10, colocada de forma que sea atravesada por la mezcla gaseosa a lo largo de la dirección de flujo fija "d".
El cuerpo de contención 2 también comprende una segunda porción de entrada 11 de agentes oxidantes 12, colocada antes de la al menos una unidad de filtrado 10.
Según la realización que se muestra en la figura 4, la segunda porción de entrada 11 diseñada para introducir agentes oxidantes en el interior del cuerpo de contención 2 está situada entre la primera porción de entrada 3 de la mezcla gaseosa y la unidad de filtrado 10.
Según otra realización alternativa, la segunda porción de entrada 11 de los agentes oxidantes 12 está situada en la primera porción de entrada 3 o coincide con ella.
Los agentes oxidantes 12 comprenden ventajosamente uno o más entre: ozono, peróxido de hidrógeno u oxígeno, hipoclorito y permanganato de potasio.
Durante el funcionamiento, los agentes oxidantes 12 se introducen en una cantidad predeterminada en el interior del cuerpo de contención 2 de manera que se obtenga una mezcla perfecta con el flujo de la mezcla gaseosa.
La mezcla se produce antes de que el flujo pase por la unidad de filtrado 10. Los agentes oxidantes 12 atacan cualquier molécula olorosa incluida dentro de la mezcla gaseosa, provocando una oxidación parcial o total, y una consecuente reducción de las dimensiones globales.
En resumen, los agentes oxidantes 12 realizan un pre tratamiento de la mezcla gaseosa antes de que pase por la unidad de filtrado 10.
Más específicamente, cuando los agentes oxidantes comprenden oxígeno, ozono o peróxido de hidrógeno o hipoclorito o permanganato de potasio se obtiene una reacción en cadena de la oxidación de forma que cuando los agentes oxidantes entran en contacto con el titanio activado presente en el filtro fotocatalítico 7 se generan radicales libres reforzados, obteniendo una mayor reducción de las emisiones olorosas.
Por lo tanto, en la salida de la porción 4 se obtiene una mezcla gaseosa de la que se han eliminado tanto las moléculas olorosas como los contaminantes.
El dispositivo según esta invención supera los límites de la técnica anterior y logra los objetivos preestablecidos.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo (1) para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa que comprende:
un cuerpo de contención (2) que tiene una porción de entrada (3) para la mezcla gaseosa y una porción de salida (4) para la mezcla gaseosa procesada,
el cuerpo de contención (2) que impone a la mezcla gaseosa una dirección de flujo fija (D),
al menos una unidad de filtrado (10) que comprende un filtro fotocatalítico (7) interpuesto, a lo largo de la dirección fija de flujo (D), entre una primera fuente de luz (6a) y una segunda fuente de luz (6b), ambas con una longitud de onda en el espectro visible el filtro fotocatalítico (7) comprende un revestimiento de nanopartículas fotocatalíticas y el revestimiento de nanopartículas comprende dióxido de titanio dopado con un agente dopante de nitrógeno, comprendiendo el dispositivo (1) también una unidad (5) para enderezar el flujo de mezcla gaseosa colocada antes de la al menos una unidad de filtrado (10).
2. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa según la reivindicación 1, en el que las fuentes de luz (6a, 6b) no están en contacto directo con el flujo de la mezcla gaseosa ya que están insertadas dentro de un contenedor (8), siendo el contenedor (8) al menos parcialmente transparente a la luz visible emitida por las fuentes de luz (6a, 6b).
3. El dispositivo (1) para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa según la reivindicación 2, en el que hay un espacio de aire (9) entre el contenedor (8) y las fuentes de luz (6, 6a, 6b).
4. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa según la reivindicación 3, en el que en el interior de la cámara de aire (9) hay aire a una presión superior a la del flujo de la mezcla gaseosa.
5. El dispositivo (1) para reducir los contaminantes de una mezcla gaseosa según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las superficies interiores del cuerpo de contención (2) son al menos parcialmente reflectantes a la luz visible.
6. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el filtro fotocatalítico (7) es de material cerámico y comprende al menos uno entre: cordierita, mullita, alúmina.
7. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente dopante de nitrógeno es uno de los siguientes: amina, amidas, sales orgánicas de amonio, sales inorgánicas de amonio.
8. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el recubrimiento se obtiene por reacción in situ a T > 300°C
9. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes en una mezcla gaseosa, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprende además un circuito de recirculación, que conecta la porción de salida (4) con la porción de entrada (3) del cuerpo de contención (2).
10. El dispositivo (1) de reducción de contaminantes según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo de contención (2) comprende una segunda porción de entrada (11) de agentes oxidantes (12), situada antes de la al menos una unidad de filtrado (10).
11. El dispositivo (1) para reducir contaminantes en una mezcla gaseosa según la reivindicación 10, en el que la segunda porción de entrada (11) está configurada para mezclar los agentes oxidantes (12) con el flujo de la mezcla gaseosa.
12. El dispositivo (1) para la reducción de contaminantes según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de filtrado (10) comprende una pluralidad de elementos tubulares huecos colocados en paralelo a la dirección fija del flujo (D).
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