ES2921223A1 - Device and air purification method by photocatalytic oxidation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo y método de depuración de aire por oxidación fotocatalíticaDevice and method of air purification by photocatalytic oxidation
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención se refiere al sector de la técnica de dispositivos empleados para la purificación de aire, en transporte, edificaciones o cualquier circuito de aire, mediante procesos de oxidación fotocatalítica.The present invention refers to the sector of the technique of devices used for the purification of air, in transport, buildings or any air circuit, by means of photocatalytic oxidation processes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las propiedades fotocatalíticas del óxido de titanio, variedad anatasa, son bien conocidas “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” de X. Chen y S. Mao. Chem. Rev. 2007, 107, 2891-2959 y “Photoinduced reactivity of titanium dioxide” de O.Carp, C.L.Huisman y A.Reller, Progress in Solid State Chemistry 32 (2004) 33 177. Ya se ha patentado anteriormente un método de oxidación de chapa de titanio con el fin de obtener al mismo tiempo efectos arquitectónicos visuales de color y capacidad catalítica que se encuentra en la patente española ES2616276 “Procedimiento para obtener una chapa de titanio con actividad fotocatalítica”.The photocatalytic properties of titanium oxide, anatase variety, are well known in "Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications" by X. Chen and S. Mao. Chem. Rev. 2007, 107, 2891-2959 and “Photoinduced reactivity of titanium dioxide” by O.Carp, C.L.Huisman and A.Reller, Progress in Solid State Chemistry 32 (2004) 33 177. A method has already been patented previously. of oxidation of titanium sheet in order to obtain at the same time visual architectural effects of color and catalytic capacity that is found in the Spanish patent ES2616276 "Procedure for obtaining a titanium sheet with photocatalytic activity".
En el ámbito del transporte y almacenamiento de frutas y verduras la eliminación de eteno o etileno es importante para conservar los alimentos. Para conservar de forma eficiente las frutas y verduras durante las etapas de almacenamiento y transporte refrigerado el etileno debe ser eliminado de las cámaras utilizadas. Este proceso de eliminación de etileno actualmente se realiza de manera comercial:In the field of transport and storage of fruits and vegetables, the elimination of ethene or ethylene is important to preserve food. To efficiently preserve fruits and vegetables during the refrigerated storage and transport stages, ethylene must be eliminated from the chambers used. This ethylene removal process is currently carried out commercially:
• Utilizando filtros absorbentes que se colocan en bolsas en las cajas o envases de frutas y verduras o en las rejillas de aspiración de los equipos de frío (https://www.deccoiberica.es/etileno-en-frutas-reducir-perdidas-postcosecha/).• Using absorbent filters that are placed in bags in the boxes or containers of fruits and vegetables or in the suction grids of the cold equipment (https://www.deccoiberica.es/etano-en-frutas-reductor-perdidas- postharvest/).
• Utilizando ozono (O3) para oxidar el etileno, inicialmente a óxido de etileno y posteriormente a CO2 y H2O (https://www.cosemarozono.com/soluciones/higienealimentaria/como-eliminar-etileno-fruta/).• Using ozone (O3) to oxidize ethylene, initially to ethylene oxide and later to CO2 and H2O (https://www.cosemarozono.com/soluciones/higienealimentaria/como-eliminar-etano-fruta/).
• Utilizando sustancias sólidas oxidantes fuertes como el permanganato de potasio (KMnO4) soportadas sobre materiales adsorbentes (zeolitas, sepiolitas, alúmina, perlitas, etc.). • Using strong oxidizing solid substances such as potassium permanganate (KMnO4) supported on adsorbent materials (zeolites, sepiolites, alumina, perlites, etc.).
• Utilizando compuestos inhibidores de la producción de etileno, como el 1-metilciclopropeno, la aminoetoxi-vinil-glicina o el ácido aminooxiacético (“Etileno y retardantes de la maduración en la postcosecha de productos agrícolas. Una revisión”. REVISTA COLOMBIANA DE CIENCIAS HORTÍCOLAS - Vol. 8 - No. 2 - pp. 302-313, julio-diciembre 2014).• Using compounds that inhibit the production of ethylene, such as 1-methylcyclopropene, aminoethoxy-vinyl-glycine or aminooxyacetic acid (“Ethylene and retardants of post-harvest maturation of agricultural products. A review”. REVISTA COLOMBIANA DE CIENCIAS HORTICOLAS - Vol. 8 - No. 2 - pp. 302-313, July-December 2014).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Para depurar el aire de compuestos orgánicos y/u otros compuestos oxidables se propone la presente invención en la cual se realiza en una línea de flujo de atmósfera gaseosa en un circuito de circulación de aire un proceso fotocatalítico que comprende al menos una superficie recubierta de un material fotocatalizador, siendo el material fotocatalizador el dióxido de titanio variedad anatasa, y al menos una fuente de radiación ultravioleta. Este dispositivo de depuración realiza el proceso de foto-oxidación de los compuestos orgánicos y/o de aquellos otros compuestos no deseados oxidables.To purify the air of organic compounds and/or other oxidizable compounds, the present invention is proposed in which a photocatalytic process is carried out in a gaseous atmosphere flow line in an air circulation circuit that comprises at least one surface covered with a photocatalyst material, the photocatalyst material being anatase variety titanium dioxide, and at least one source of ultraviolet radiation. This purification device carries out the photo-oxidation process of organic compounds and/or those other unwanted oxidizable compounds.
Este método de depuración se puede emplear para eliminar en almacenes y edificaciones, que utilizan sistemas de calefacción/refrigeración por aire, compuestos orgánicos y/u otros compuestos oxidables no deseados. También tiene aplicación para la depuración de aire que no provenga de sistemas de calefacción y/o refrigeración donde se requiera eliminar compuestos orgánicos y/u otros compuestos oxidables en dicho flujo de aire.This purification method can be used to eliminate organic compounds and/or other unwanted oxidizable compounds in warehouses and buildings, which use air heating/cooling systems. It also has application for the purification of air that does not come from heating and/or cooling systems where it is required to eliminate organic compounds and/or other oxidizable compounds in said air flow.
La presente invención propone el uso de óxido de titanio (TiO2), variedad anatasa, como material fotocatalizador, insertándolo en líneas de flujo gaseosos existentes o creadas exprofeso para esta función descontaminante. Se pretende que pueda ser usada funcionalmente para la eliminación de olores, compuestos orgánicos y/u otros compuestos oxidables en los sistemas de calefacción y aire acondicionado de automóviles, en los sistemas de refrigeración y calefacción por aire de interiores de edificios y en camiones de transporte de productos perecederos, principalmente frutas y verduras.The present invention proposes the use of titanium oxide (TiO2), of the anatase variety, as a photocatalyst material, inserting it into existing gas flow lines or created expressly for this decontaminating function. It is intended to be functionally used for the removal of odors, organic compounds, and/or other oxidizable compounds in automobile heating and air conditioning systems, in building interior air heating and cooling systems, and in transport trucks. of perishable products, mainly fruits and vegetables.
Entre los componentes orgánicos foto-oxidables, aunque de diferente origen, podemos incluir el formaldehído (metanal) sobre el cual existe una creciente preocupación ambiental en lo que se ha llegado a llamar “edificios enfermos” y que recientemente están generando amplias investigaciones a nivel arquitectónico. Among the photo-oxidizable organic components, although of different origin, we can include formaldehyde (methanal) about which there is a growing environmental concern in what has come to be called "sick buildings" and which have recently generated extensive research at the architectural level. .
Como se ha indicado anteriormente la presente invención divulga un dispositivo para depuración de aire en atmósferas cerradas en un flujo recirculado y además puede utilizarse en depuración de aire en atmósferas abiertas sin necesidad que el flujo se recircule.As indicated above, the present invention discloses a device for air purification in closed atmospheres in a recirculated flow and can also be used in air purification in open atmospheres without the need for the flow to be recirculated.
El dispositivo de depuración de aire por oxidación fotocatalítica comprende al menos una superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa configurada para estar en contacto con un flujo de aire a depurar. El dispositivo de depuración de aire comprende además al menos una fuente de radiación ultravioleta configurada para iluminar la al menos superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa de modo que se produce la fotooxidación de los compuestos oxidables del aire.The photocatalytic oxidation air purification device comprises at least one surface coated with titanium oxide of the anatase variety configured to be in contact with a flow of air to be purified. The air purification device further comprises at least one source of ultraviolet radiation configured to illuminate the at least one surface covered with titanium oxide of the anatase variety so that the photooxidation of the oxidizable compounds in the air occurs.
En el método de depuración de aire por oxidación fotocatalítica para eliminar compuestos orgánicos volátiles y/u otros compuestos oxidables en el aire se procede a:In the method of air purification by photocatalytic oxidation to eliminate volatile organic compounds and/or other oxidizable compounds in the air, we proceed to:
- proporcionar un flujo de aire a depurar;- provide a flow of air to be purified;
- poner la al menos una superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa en contacto con el flujo de aire a depurar; y- putting the at least one surface coated with titanium oxide of the anatase variety in contact with the air flow to be purified; Y
- Iluminar la al menos una superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa mediante al menos una fuente de radiación ultravioleta.- Illuminate the at least one surface covered with titanium oxide of the anatase variety by means of at least one source of ultraviolet radiation.
DESCRIPCION DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Celda de fotocatálisis diseñada y utilizada en los análisis realizados conteniendo en su interior un material fotocatalítico consistente en una chapa de titanio electro-oxidada.Figure 1. Photocatalysis cell designed and used in the analyzes carried out containing inside a photocatalytic material consisting of an electro-oxidized titanium plate.
Figura 2. Espectros de transmitancia entre 2000 cm-1 y 4000 cm-1 obtenidos para el etileno, la ventana de cuarzo de calidad espectroscópica y el cuerpo de cuarzo.Figure 2. Transmittance spectra between 2000 cm-1 and 4000 cm-1 obtained for ethylene, the spectroscopic quality quartz window and the quartz body.
Figura 3. Evolución temporal de la concentración relativa de la mezcla etileno/nitrógeno en la celda de fotocatálisis sin la chapa de titanio electro-oxidada insertada.Figure 3. Time course of the relative concentration of the ethylene/nitrogen mixture in the photocatalysis cell without the electro-oxidized titanium plate inserted.
Figura 4. Evolución temporal del espectro de absorbancia de 40 cm3 de la mezcla etileno/nitrógeno en aire en la celda de fotocatálisis con la chapa de titanio electro-oxidada insertada sin recirculación de aire. Figure 4. Temporal evolution of the absorbance spectrum of 40 cm3 of the ethylene/nitrogen mixture in air in the photocatalysis cell with the electro-oxidized titanium sheet inserted without air recirculation.
Figura 5. Evolución temporal de la concentración relativa de 40 cm3 de la mezcla etileno/nitrógeno en aire en la celda de fotocatálisis sin recirculación de aire.Figure 5. Time evolution of the relative concentration of 40 cm3 of the ethylene/nitrogen mixture in air in the photocatalysis cell without air recirculation.
Figura 6. Celda de fotocatálisis que contiene la chapa de titanio en su interior que funciona como fotorreactor (izquierda) y celda de análisis (derecha).Figure 6. Photocatalysis cell containing the titanium sheet inside that works as a photoreactor (left) and analysis cell (right).
Figura 7. Evolución temporal del espectro de absorbancia de 40 cm3 de la mezcla etileno/nitrógeno en aire en la celda de fotocatálisis con recirculación de aire.Figure 7. Temporal evolution of the absorbance spectrum of 40 cm3 of the ethylene/nitrogen mixture in air in the photocatalysis cell with air recirculation.
Figura 8. Evolución temporal durante el proceso de fotocatálisis de la concentración de etileno oxidado (en Kg/m3) por unidad de área de la chapa de titanio electro-oxidada (en m2), al añadir 40 cm3 de la mezcla etileno/nitrógeno a la celda de fotocatálisis con recirculación de aire.Figure 8. Time evolution during the photocatalysis process of the concentration of oxidized ethylene (in Kg/m3) per unit area of the electro-oxidized titanium sheet (in m2), when adding 40 cm3 of the ethylene/nitrogen mixture to the photocatalysis cell with air recirculation.
Figura 9. Vista esquemática de una configuración del dispositivo de depuración con la superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa ubicada dentro de un subsistema de depuración conectado en serie con el circuito de circulación que comprende el flujo de aire a depurar.Figure 9. Schematic view of a configuration of the purification device with the surface covered with titanium oxide of the anatase variety located within a purification subsystem connected in series with the circulation circuit that includes the air flow to be purified.
Figura 10. Vista esquemática de otra configuración posible del dispositivo de depuración donde la superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa se ubica en subsistema de depuración conectado en paralelo con circuito de circulación que comprende el flujo de aire a depurar.Figure 10. Schematic view of another possible configuration of the purification device where the surface covered with titanium oxide of the anatase variety is located in a purification subsystem connected in parallel with a circulation circuit that includes the air flow to be purified.
Figura 11. Una superficie interior de un tubo cilíndrico recubierto con óxido de titanio de variedad anatasa y una fuente de radiación ultravioleta que ilumina la superficie recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa.Figure 11. An inner surface of a cylindrical tube coated with anatase-variety titanium oxide and an ultraviolet radiation source illuminating the anatase-variety titanium oxide-coated surface.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONESDESCRIPTION OF THE ACHIEVEMENTS
El dispositivo (1) de depuración de aire objeto de la presente invención comprende al menos una superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa. El óxido de titanio de variedad anatasa se puede formar, por ejemplo, electrolíticamente, electroquímicamente o mediante deposición seguido por un tratamiento a una temperatura adecuada. La al menos una superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa está configurada para exponerse a una radiación ultravioleta generada por al menos una fuente (4) de radiación ultravioleta en donde la al menos una fuente (4) de radiación ultravioleta es preferentemente de bajo consumo, tipo LED o lámparas fluorescentes adecuadas. Todas las superficies (3) recubiertas de óxido de titanio de variedad anatasa están configuradas para estar en contacto con un flujo (5) de aire a depurar. La al menos una fuente (4) de radiación ultravioleta se configura para estar en contacto, o, alternativamente, no estar en contacto con el flujo (5) de aire a depurar.The air purification device (1) object of the present invention comprises at least one surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety. The anatase variety titanium oxide can be formed, for example, electrolytically, electrochemically or by deposition followed by treatment at a suitable temperature. The at least one surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is configured to be exposed to ultraviolet radiation generated by at least one source (4) of ultraviolet radiation where the at least one source (4) of ultraviolet radiation is preferably low consumption, LED type or suitable fluorescent lamps. All the surfaces (3) coated with titanium oxide of the anatase variety are configured to be in contact with a flow (5) of air to be purified. The at least one source (4) of ultraviolet radiation is configured to be in contact, or, alternatively, not to be in contact with the flow (5) of air to be purified.
La al menos una superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa está diseñada en relación al volumen de aire que se desea depurar, a mayor volumen de aire a depurar, mayor superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa a utilizar o mayores caudales de flujo de aire.The at least one surface (3) covered with titanium oxide of the anatase variety is designed in relation to the volume of air to be purified, the greater the volume of air to be purified, the greater the surface (3) covered with titanium oxide of the anatase variety to use or higher airflow rates.
La inserción de la al menos una superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa en el flujo (5) de aire a depurar e iluminada por la al menos una fuente (4) de radiación ultravioleta da como resultado la oxidación y eliminación de los microorganismos, por fotooxidación y de los componentes orgánicos volátiles generados causantes del mal olor.The insertion of the at least one surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety in the flow (5) of air to be purified and illuminated by the at least one source (4) of ultraviolet radiation results in the oxidation and elimination of microorganisms, by photo-oxidation and of the volatile organic components generated that cause the bad smell.
En una realización el dispositivo (1) de depuración comprende un circuito de circulación (6) de aire de flujo (5) de aire a depurar, en donde el circuito de circulación (6) de aire comprende al menos un dispositivo (60) de refrigeración/calefacción de flujo forzado y en donde el dispositivo (60) de refrigeración/calefacción de flujo forzado comprende un evaporador (40). El circuito de circulación (6) de aire es un circuito de aire formado por cualquier instalación de circuitos de aire preexistente por ejemplo en edificios o instalaciones de refrigeración en vehículos. La superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa se inserta aguas arriba o aguas abajo del evaporador (40). Preferiblemente se inserta la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa a continuación de una etapa de refrigeración debido a que el flujo (5) de aire a depurar estará más saturada en humedad. En concreto se inserta la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa preferiblemente aguas abajo del evaporador (40), esta configuración se muestra en la Figura 9.In one embodiment, the purification device (1) comprises an air circulation circuit (6) with a flow (5) of air to be purified, where the air circulation circuit (6) comprises at least one device (60) for forced flow cooling/heating and wherein the forced flow cooling/heating device (60) comprises an evaporator (40). The air circulation circuit (6) is an air circuit formed by any installation of pre-existing air circuits, for example in buildings or refrigeration installations in vehicles. The surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is inserted upstream or downstream of the evaporator (40). The surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is preferably inserted after a cooling stage because the flow (5) of air to be purified will be more saturated with moisture. Specifically, the surface (3) covered with titanium oxide of the anatase variety is inserted preferably downstream of the evaporator (40), this configuration is shown in Figure 9.
Preferiblemente para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles y/u otros compuestos oxidables en circuitos de circulación (6) de aire empleados para grandes volúmenes de aire a depurar se procede con aumentar el caudal del flujo (5) de aire a depurar sobre la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa. Preferably, for the elimination of volatile organic compounds and/or other oxidizable compounds in air circulation circuits (6) used for large volumes of air to be purified, the flow rate (5) of air to be purified is increased over the surface ( 3) coated with titanium oxide of the anatase variety.
En otra realización del dispositivo (1) de depuración la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa es una superficie que se inserta dentro del dispositivo (60) de refrigeración/calefacción de flujo forzado.In another embodiment of the purification device (1), the surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is a surface that is inserted inside the forced flow cooling/heating device (60).
En otra realización del dispositivo (1) de depuración la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa es una superficie del dispositivo (60) de refrigeración/calefacción de flujo forzado, como, por ejemplo, unos alabes de ventilador del evaporador (40).In another embodiment of the purification device (1), the surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is a surface of the forced flow cooling/heating device (60), such as, for example, evaporator fan blades. (40).
En otra realización del dispositivo (1) de depuración la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa es cualquier superficie ubicada dentro del circuito de circulación (6) de aire expuesta al flujo (5) de aire a depurar. Además la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa puede ser cualquier superficie nueva añadida a dicho circuito de circulación (6) de aire que esté expuesta al flujo (5) de aire a depurar.In another embodiment of the purification device (1), the surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is any surface located within the air circulation circuit (6) exposed to the flow (5) of air to be purified. In addition, the surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety can be any new surface added to said air circulation circuit (6) that is exposed to the flow (5) of air to be purified.
En otra realización del dispositivo (1) de depuración comprende un circuito de circulación (6) de aire de flujo (5) de aire a depurar, estando la al menos una superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa dispuesta dentro del circuito de circulación (6) de aire.In another embodiment of the purification device (1) comprises an air circulation circuit (6) with a flow (5) of air to be purified, the at least one surface (3) being covered with titanium oxide of the anatase variety arranged within the air circulation circuit (6).
En otra realización del dispositivo (1) de depuración comprende un subsistema de depuración (7) conectado en serie con el circuito de circulación (6) de aire de flujo (5) de aire a depurar, estando la al menos superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa dispuesta dentro del subsistema de depuración (7) (véase Figura 9).In another embodiment of the purification device (1) comprises a purification subsystem (7) connected in series with the circulation circuit (6) of air flow (5) of air to be purified, the at least surface (3) being covered of titanium oxide of the anatase variety arranged within the purification subsystem (7) (see Figure 9).
En otra realización del dispositivo (1) de depuración comprende el subsistema de depuración (7) conectado en paralelo con el circuito de circulación (6) de aire de flujo (5) de aire a depurar, estando la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa dispuesta dentro del subsistema de depuración (7) (véase Figura 10).In another embodiment of the purification device (1) comprises the purification subsystem (7) connected in parallel with the circulation circuit (6) of air flow (5) of air to be purified, the surface (3) being covered with oxide of titanium of the anatase variety arranged within the purification subsystem (7) (see Figure 10).
En otro ejemplo de realización el dispositivo (1) de depuración de aire comprende un tubo cilíndrico (8) o de otro perfil. De forma particular en este ejemplo de realización la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa es una superficie cilíndrica interior (8.1) del tubo cilíndrico (8). El tubo cilíndrico (8) tiene formado electrolíticamente o depositado en su interior óxido de titanio (TiO2), que se trata a una temperatura adecuada para formar la variedad anatasa activa, y que está iluminado interiormente por al menos una fuente (4) de radiación ultravioleta que puede ser, entre otros, al menos una lámpara o al menos un conjunto de LED configurados para emitir radiación ultravioleta. Estas fuentes (4) de radiación ultravioleta se pueden utilizar sobre cualquier superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa.In another embodiment, the air purification device (1) comprises a cylindrical tube (8) or another profile. In particular, in this embodiment, the surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety is an internal cylindrical surface (8.1) of the cylindrical tube (8). The cylindrical tube (8) has titanium oxide (TiO2) electrolytically formed or deposited inside it, which is treated at a suitable temperature to form the active anatase variety, and which is internally illuminated by at least one radiation source (4). ultraviolet that can be, among others, at least one lamp or at least one set of LEDs configured to emit ultraviolet radiation. These sources (4) of radiation UV can be used on any surface (3) coated with titanium oxide of the anatase variety.
Para que funcione como depurador dicho tubo cilíndrico (8), se debe disponer de forma intercalada, insertada o integrada en una línea de flujo (5) de aire a depurar o corriente gaseosa existente, como las que se encuentran en sistemas de ventilación o refrigeración/calefacción de un automóvil, de un camión o de una vivienda, o en una línea de flujo (5) de aire a depurar creada exprofeso para ello, preferentemente a continuación de una etapa de refrigeración, debido a que la corriente gaseosa estará más saturada en humedad. Estando dispuesto el dispositivo (1) de depuración de aire de forma intercalada, insertada o integrada en un flujo (5) de aire a depurar el óxido de titanio de variedad anatasa, que es un fotocatalizador activo, con ayuda de la humedad existente, es capaz de oxidar los compuestos orgánicos existentes en la atmósfera que se pretende depurar, eliminándolos y, con ello, sus efectos negativos (malos olores, por ejemplo).In order for said cylindrical tube (8) to function as a purifier, it must be intercalated, inserted or integrated into a flow line (5) of air to be purified or an existing gas stream, such as those found in ventilation or cooling systems. / heating of a car, a truck or a house, or in a flow line (5) of air to be purified created expressly for it, preferably after a cooling stage, because the gas stream will be more saturated in humidity. The air purification device (1) being arranged intercalated, inserted or integrated in an air flow (5) to purify the anatase variety titanium oxide, which is an active photocatalyst, with the help of the existing humidity, it is capable of oxidizing the organic compounds existing in the atmosphere that it is intended to purify, eliminating them and, with it, their negative effects (bad odours, for example).
En un ejemplo de realización el material del tubo cilíndrico (8) puede ser de titanio metálico oxidado electroquímicamente y que, mediante tratamiento a la temperatura adecuada, se transforma en la variedad activa del TiO2, anatasa, pudiéndose formar nanotubos de TiO2 con la ordenación adecuada (mayor superficie activa). El tubo cilíndrico (8) puede ser también de material plástico y pintado internamente con pinturas fotocatalíticas existentes ya en el mercado.In an example of embodiment, the material of the cylindrical tube (8) can be electrochemically oxidized metallic titanium which, by means of treatment at the appropriate temperature, is transformed into the active variety of TiO2, anatase, being able to form TiO2 nanotubes with the appropriate arrangement. (larger active surface). The cylindrical tube (8) can also be made of plastic and internally painted with photocatalytic paints already on the market.
A continuación se detalla otro ejemplo de realización empleado para el desarrollo de la investigación de la presente solicitud. Se emplea este ejemplo de realización para dos configuraciones distintas que pretenden demostrar el funcionamiento mejorado de oxidación de compuestos orgánicos mediante la fotocatálisis generada por el óxido de titanio y las lámparas UV cuando existe una recirculación de aire. La primera configuración esta provista del aire a depurar dentro de una celda (12) de fotocatálisis sin recirculación del aire y la segunda configuración esta provista del aire a depurar dentro de la celda (12) de fotocatálisis y una celda (17) de análisis, en donde se recircula el aire entre la celda (12) de fotocatálisis y la celda (17) de análisis.Another example of embodiment used for the development of the investigation of the present application is detailed below. This example of embodiment is used for two different configurations that aim to demonstrate the improved performance of oxidation of organic compounds through photocatalysis generated by titanium oxide and UV lamps when there is air recirculation. The first configuration is provided with the air to be purified within a photocatalysis cell (12) without air recirculation and the second configuration is provided with the air to be purified within the photocatalysis cell (12) and an analysis cell (17), where the air is recirculated between the photocatalysis cell (12) and the analysis cell (17).
La celda (12) de fotocatálisis comprende un cuerpo (16) de cuarzo que tiene un primer extremo longitudinal (18) y un segundo extremo longitudinal (19), en el primer extremo longitudinal (18) se acopla una primera ventana (20) de cuarzo en tapón roscado y en el segundo extremo longitudinal (19) se acopla una segunda ventana (21) de cuarzo, formando así la celda (12) de fotocatálisis una cámara (13) de celda (12) de fotocatálisis. Además, la celda (12) de fotocatálisis comprende un primer conducto (28) de celda (12) de fotocatálisis y un segundo conducto (29) de celda (12) de fotocatálisis conectados fluidamente con la cámara (13) de celda (12) de fotocatálisis.The photocatalysis cell (12) comprises a quartz body (16) having a first longitudinal end (18) and a second longitudinal end (19), in the first longitudinal end (18) a first window (20) of quartz screw cap and at the second longitudinal end (19) a second quartz window (21) is attached, thus forming the photocatalysis cell (12) a photocatalysis cell (12) chamber (13). Also, cell (12) of photocatalysis comprises a first conduit (28) of photocatalysis cell (12) and a second conduit (29) of photocatalysis cell (12) fluidly connected to the chamber (13) of photocatalysis cell (12).
La celda (17) de análisis comprende un cuerpo (22) de vidrio que tiene un primer extremo longitudinal (23) y un segundo extremo longitudinal (24), en el primer extremo longitudinal (23) se acopla una primera ventana (25) de fluorita y en el segundo extremo longitudinal (24) se acopla una segunda ventana (26) de fluorita, formando así la celda (17) de análisis una cámara (14) de celda (17) de análisis. Además, la celda (17) de análisis comprende un primer conducto (30) de celda (17) de análisis y un segundo conducto (31) de celda (17) de análisis conectados fluidamente que facilita la entrada y salida de la mezcla gaseosa a analizar, proveniente de la celda (12) de fotocatálisis.The analysis cell (17) comprises a glass body (22) having a first longitudinal end (23) and a second longitudinal end (24), in the first longitudinal end (23) a first window (25) of fluorite and at the second longitudinal end (24) a second fluorite window (26) is attached, thus forming the analysis cell (17) an analysis cell (17) chamber (14). In addition, the analysis cell (17) comprises a first analysis cell (17) conduit (30) and a second analysis cell (17) conduit (31) fluidly connected that facilitates the inlet and outlet of the gaseous mixture to analyse, coming from the photocatalysis cell (12).
Las dimensiones de la celda (12) de fotocatálisis son 4 cm de diámetro interno y 10 cm de longitud, formando la celda (12) de fotocatálisis y las dos ventanas (20, 21) la cámara (13) de celda (12) de fotocatálisis. Esta cámara (13) de celda (12) de fotocatálisis se ha utilizado como reactor para estudiar la capacidad fotocatalítica de la superficie (3) recubierta de óxido de titanio de variedad anatasa aplicado en diferentes soportes y sobre diferentes compuestos oxidables, como los NOx y compuestos orgánicos volátiles, como etileno, demostrando que pueden ser eliminados y/o transformados a ion nitrato (caso del NOx), y a CO2 y agua en el caso de la materia orgánica.The dimensions of the photocatalysis cell (12) are 4 cm in internal diameter and 10 cm in length, forming the photocatalysis cell (12) and the two windows (20, 21) the chamber (13) of the cell (12) of photocatalysis. This photocatalysis cell (12) chamber (13) has been used as a reactor to study the photocatalytic capacity of the surface (3) coated with anatase variety titanium oxide applied on different supports and on different oxidizable compounds, such as NO x and volatile organic compounds, such as ethylene, showing that they can be eliminated and/or transformed to nitrate ion (in the case of NO x ), and to CO 2 and water in the case of organic matter.
El volumen total de la cámara (13) de celda (12) de fotocatálisis es de aproximadamente 132 cm3. En la Figura 1 se muestra la celda (12) de fotocatálisis diseñada conteniendo en su interior una chapa (15) de titanio electrooxidada como material fotocatalítico.The total volume of the chamber (13) of the photocatalysis cell (12) is approximately 132 cm 3 . Figure 1 shows the designed photocatalysis cell (12) containing in its interior an electrooxidized titanium plate (15) as photocatalytic material.
Con el objeto de determinar la zona de medida de la concentración del posible contaminante, se ha de realizar y obtener el espectro infrarrojo (IR) de la celda (12) de fotocatálisis y del contaminante a estudiar. Como ejemplo, se muestran a continuación los espectros de transmitancia tanto de la celda (12) de fotocatálisis vacía como del etileno, véase la Figura 2. Para la realización dinámica se obtuvo el espectro infrarrojo (IR) de la celda (17) de análisis del mismo modo que se obtuvo para la celda (12) de fotocatálisis mostrado en la Figura 2. Con este fin se utilizó una fuente (50) de radiación infrarroja que ilumina la celda (17) de análisis.In order to determine the zone for measuring the concentration of the possible contaminant, the infrared spectrum (IR) of the photocatalysis cell (12) and of the contaminant to be studied must be made and obtained. As an example, the transmittance spectra of both the empty photocatalysis cell (12) and ethylene are shown below, see Figure 2. For the dynamic performance, the infrared (IR) spectrum of the analysis cell (17) was obtained in the same way that was obtained for the photocatalysis cell (12) shown in Figure 2. For this purpose, an infrared radiation source (50) was used that illuminates the analysis cell (17).
El análisis de la gráfica muestra que la celda (12) de fotocatálisis de cuarzo es transparente en la región entre 3300 cm-1 y los 2700 cm-1, zona en la que el etileno presenta bandas de absorción que pueden, por tanto, ser visualizadas. Como el cuarzo es transparente para la radiación UV la propia celda (12) de fotocatálisis podría ser utilizada para realizar la exposición del material fotocatalítico. El gas utilizado en los experimentos realizados ha sido una mezcla de etileno al 5% en volumen en N2.The analysis of the graph shows that the quartz photocatalysis cell (12) is transparent in the region between 3300 cm-1 and 2700 cm-1, an area in which ethylene presents bands of absorption that can therefore be visualized. As quartz is transparent to UV radiation, the photocatalysis cell (12) itself could be used to expose the photocatalytic material. The gas used in the experiments carried out was a mixture of ethylene at 5% by volume in N 2 .
Para la medida de la concentración de etileno se utilizará la ley de Lambert -Beer, A= e-b-c, donde A es la absorbancia, e es la absortividad molar del compuesto, b es la longitud de la celda y c es la concentración. Para un mismo compuesto y celda, la absorbancia es proporcional a la concentración: A = constantec.For the measurement of the ethylene concentration, the Lambert-Beer law will be used, A= e-b-c, where A is the absorbance, e is the molar absorptivity of the compound, b is the length of the cell and c is the concentration. For the same compound and cell, the absorbance is proportional to the concentration: A = constant c.
Si realizamos medidas de absorbancia A en función del tiempo en un proceso de oxidación catalítica, y las dividimos entre la absorbancia al inicio del análisis Ao , podemos obtener una medida de la concentración relativa c/co , y determinar con ello la velocidad de la reacción. A/ Ao = c / c o If we measure the absorbance A as a function of time in a catalytic oxidation process, and divide it by the absorbance at the start of the analysis A o , we can obtain a measure of the relative concentration c/c o , and thereby determine the rate of the reaction. A/ A o = c / c o
A continuación, con el objeto de determinar las condiciones óptimas de uso y tiempos de utilización, se realizaron varios experimentos.Next, in order to determine the optimal conditions of use and usage times, several experiments were carried out.
Para comprobar la estanqueidad de la celda (12) de fotocatálisis se llenó totalmente la misma con la mezcla etileno/nitrógeno y se procedió a medir el espectro de absorbancia en función del tiempo para el etileno y obtener así su variación temporal, véase Figura 3. Se puede observar que no hay variación en la concentración relativa c/co , ya que la evolución temporal apenas varía.To check the tightness of the photocatalysis cell (12), it was completely filled with the ethylene/nitrogen mixture and the absorbance spectrum was measured as a function of time for ethylene, thus obtaining its temporal variation, see Figure 3. It can be seen that there is no variation in the relative concentration c/c o , since the temporal evolution barely varies.
A continuación, se procede a hacer el análisis en modo estático, sin recirculación de aire y en modo dinámico, con recirculación de aire.Next, the analysis is carried out in static mode, without air recirculation, and in dynamic mode, with air recirculation.
Para comprobar si el proceso funciona en manera estática se introdujo la chapa (15) de titanio electro-oxidada en la celda (12) de fotocatálisis. A continuación se introdujeron en la celda (12) de fotocatálisis, con una jeringa, 4o cm3 de mezcla etileno/nitrógeno al 5%, luego se expuso la celda (12) de fotocatálisis a radiación ultravioleta mediante una fuente (4) de radiación ultravioleta de forma continuada durante el análisis. Se procedió a medir el espectro de absorbancia en el rango mencionado más arriba entre 33oo y 27oo cm -1, correspondiente al etileno, en función del tiempo, véase Figura 4, así como su variación temporal, véase Figura 5. . Según se puede apreciar, la absorbancia relativa varía, disminuyendo, pero levemente. Es por ello por lo que para aumentar la eficacia de la foto-oxidación se recurre a utilizar unaTo check whether the process works in a static manner, the electro-oxidized titanium plate (15) was introduced into the photocatalysis cell (12). Next, 4o cm 3 of a 5% ethylene/nitrogen mixture were introduced into the photocatalysis cell (12) with a syringe, then the photocatalysis cell (12) was exposed to ultraviolet radiation by means of a radiation source (4). UV continuously during analysis. The absorbance spectrum was measured in the range mentioned above between 3300 and 2700 cm -1 , corresponding to ethylene, as a function of time, see Figure 4, as well as its temporal variation, see Figure 5. . As can be seen, the relative absorbance varies, decreasing, but slightly. That is why, in order to increase the efficiency of the photo-oxidation, it is resorted to using a
1o 1st
doble celda, es decir, una celda (12) de fotocatálisis que funcionará como fotorreactor y otra celda (17) de análisis, impulsando el gas de una a otra mediante una bomba (27) de membrana y con un caudal de 0,00016667 mA3/s (10 L/minuto).double cell, that is, a photocatalysis cell (12) that will function as a photoreactor and another analysis cell (17), driving the gas from one to the other by means of a membrane pump (27) and with a flow rate of 0.00016667 mA3 /s (10L/minute).
El circuito para el análisis es el siguiente, se conecta el segundo conducto (29) de celda (12) de fotocatálisis con el segundo conducto (31) de celda (17) de análisis mediante una primera tubería (34) que comprende una válvula (33). El primer conducto (30) de celda (17) de análisis se conecta a la bomba (27) de membrana mediante una segunda tubería (35) que comprende una válvula (33). La bomba (27) de membrana se conecta a conecta con el primer conducto (28) de celda (12) de fotocatálisis mediante una tercera tubería (36), cerrando así el circuito de aire.The circuit for the analysis is as follows, the second conduit (29) of the photocatalysis cell (12) is connected to the second conduit (31) of the analysis cell (17) by means of a first pipe (34) comprising a valve ( 33). The first conduit (30) of analysis cell (17) is connected to the membrane pump (27) by means of a second pipe (35) comprising a valve (33). The membrane pump (27) is connected to the first conduit (28) of the photocatalysis cell (12) by means of a third pipe (36), thus closing the air circuit.
La reacción estequiométrica de oxidación sería:The stoichiometric oxidation reaction would be:
C2H4 +3 O2 ^ 2 CO2 + 2H2O C2H4 + 3O2 ^ 2CO2 + 2H2O
Para que la reacción se complete debería haber al menos el triple de cantidad de oxígeno que de etileno en la celda (12) de fotocatálisis, dando igual realizar el cálculo en moles que en volúmenes, considerando los gases como ideales en las condiciones ambientales utilizadas (presión y temperatura ambientales).For the reaction to be complete, there should be at least three times the amount of oxygen than ethylene in the photocatalysis cell (12), making the calculation in moles or volumes the same, considering the gases as ideal in the environmental conditions used ( ambient pressure and temperature).
Con el objeto de comprobar que en las condiciones utilizadas hay suficiente oxígeno para producir la oxidación del etileno inyectado, se realizó un cálculo previo utilizando para ello condiciones normales (25 °C y 1 atm), demostrándose que se está trabajando en esas condiciones.In order to check that under the conditions used there is enough oxygen to produce the oxidation of the injected ethylene, a preliminary calculation was made using normal conditions (25 °C and 1 atm), showing that it is working under those conditions.
Contenido de O2= (Vcelda-V inyectado) x Riqueza= (132-40) x 21% = 19,3 cm3 O 2 content = (V cell -V injected ) x Richness= (132-40) x 21% = 19.3 cm 3
Contenido en etileno= Ve t a d o x Riquezaetileno = 40 x 5% = 2 cm3 Ethylene content = Banned x Ethylene wealth = 40 x 5% = 2 cm 3
Para comprobar si el proceso funciona mejor en modo dinámico se introdujo la chapa (15) de titanio electro-oxidada en la celda (12) de fotocatálisis, después se introdujeron en la celda (12) de fotocatálisis , mediante una jeringa, 40 cm3 de mezcla etileno/nitrógeno y se expuso la celda (12) de fotocatálisis a radiación ultravioleta mediante una lámpara de radiación ultravioleta de forma continuada durante el análisis. La mezcla se hizo recircular, mediante la bomba (27) de membrana con un caudal de 0,00016667 mA3/s (10 L/minuto), pasando la mezcla a una celda (17) de análisis (es decir, la celda (17) de análisis de medidas de IR), véase Figura 6, y se procedió a medir el espectro de absorbancia en función del tiempo para la mezcla etileno/nitrógeno, véase Figura 7, así como su variación temporal, véase Figura 8.To check if the process works better in dynamic mode, the electro-oxidized titanium sheet (15) was introduced into the photocatalysis cell (12), then 40 cm 3 were introduced into the photocatalysis cell (12) by means of a syringe. of ethylene/nitrogen mixture and the photocatalysis cell (12) was exposed to ultraviolet radiation by means of an ultraviolet radiation lamp continuously during the analysis. The mixture was recirculated, by means of the membrane pump (27) with a flow rate of 0.00016667 mA3/s (10 L/minute), passing the mixture to an analysis cell (17) (that is, the cell (17 ) analysis of IR measurements), see Figure 6, and the absorbance spectrum was measured as a function of time for the ethylene/nitrogen mixture, see Figure 7, as well as its temporal variation, see Figure 8.
Como se puede apreciar en la gráfica, la concentración del etileno va disminuyendo a lo largo del tiempo, evidenciando la degradación por oxidación de la molécula de etileno por la acción del fotocatalizador. Esta degradación es inicialmente más rápida y se va ralentizando con el paso del tiempo.As can be seen in the graph, the ethylene concentration decreases over time, evidencing the oxidation degradation of the ethylene molecule by the action of the photocatalyst. This degradation is initially faster and slows down over time.
El ajuste de los datos de la Figura 8 podría aproximarse a la ecuación siguiente:The fit of the data in Figure 8 could approximate the following equation:
(c-Área"1)= 8,8653e-0022t con un coeficiente de regresión muy cercano a la unidad (R2 = 0,9985), indicativo de un buen ajuste. (c-Area"1)= 8.8653e-0022t with a regression coefficient very close to unity (R2 = 0.9985), indicative of a good fit.
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