IT202100010754A1 - ORGANIC-INORGANIC COMPOSITE MATERIAL BASED ON CASTOR OIL FOR THE REMOVAL OF VOCs - Google Patents
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Description
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
?MATERIALE COMPOSITO ORGANICO-INORGANICO A BASE DI OLIO DI RICINO PER LA RIMOZIONE DI COV? ?ORGANIC-INORGANIC COMPOSITE MATERIAL BASED ON CASTOR OIL FOR THE REMOVAL OF VOC?
DESCRIZIONE DESCRIPTION
CAMPO DELL?INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione riguarda un materiale composito organico-inorganico per l?adsorbimento e la rimozione di composti organici volatili (COV). Nello specifico, il materiale ? prodotto usando un polimero reticolato a base di olio di ricino ed un composto contenete metallo. The present invention relates to an organic-inorganic composite material for the adsorption and removal of volatile organic compounds (VOCs). Specifically, the material? manufactured using a castor oil-based crosslinked polymer and metal-containing compound.
SFONDO DELL?INVENZIONE BACKGROUND OF THE INVENTION
I COV - composti organici volatili - sono una vasta classe di prodotti chimici emessi da diverse fonti, inclusi veicoli a benzina, industrie manifatturiere, raffinerie, prodotti di consumo e prodotti commerciali derivati dal petrolio (es. prodotti per la casa, arredamenti), cos? come sostanze organiche, come materiali lignocellulosici, o prodotti biologici (es. alimenti). Alcuni esempi di COV sono il metanolo, la formaldeide, il pinene o lo stirene, aventi alta tossicit?. Altri sono acidi a catena corta, come l?acido acetico che, in aggiunta alla sua tossicit?, pu? corrodere e danneggiare oggetti metallici o dipinti. VOCs - Volatile Organic Compounds - are a large class of chemicals emitted from a variety of sources, including petrol-driven vehicles, manufacturing industries, refineries, consumer products and petroleum-derived commercial products (e.g. household products, furniture), as well as ? such as organic substances, such as lignocellulosic materials, or biological products (e.g. food). Some examples of VOCs are methanol, formaldehyde, pinene or styrene, which have high toxicity. Others are short-chain acids, such as acetic acid which, in addition to its toxicity, can corrode and damage metal objects or paintings.
La rimozione di COV ? di interesse per un elevato numero di applicazioni. Per esempio, la rimozione di COV dalle case pu? prevenire effetti negativi per la salute, come danni al fegato, rene e sistema nervoso centrale, irritazione agli occhi e alla pelle, o dispnea. In aggiunta, l?adsorbimento di COV in vetrine museali pu? prevenire l?indesiderata perdita di colore, corrosione e formazione di patine che avviene nei dipinti. I COV possono anche danneggiare parti in plastica e gomma di dispositivi, come sistemi filtranti, rendendoli meno performanti o inutili. The removal of VOCs ? of interest for a large number of applications. For example, removing VOCs from homes can prevent adverse health effects, such as liver, kidney, and central nervous system damage, eye and skin irritation, or shortness of breath. In addition, the adsorption of VOCs in museum display cases can prevent the unwanted color loss, corrosion and patina formation that occurs in paintings. VOCs can also damage plastic and rubber parts of devices, such as filter systems, rendering them less performing or useless.
Sono stati utilizzati vari metodi per adsorbire i COV usando diversi materiali, variabili da carbone a zeoliti. Tuttavia, nonostante questi sistemi mostrino buona attivit? per la rimozione di COV, hanno degli svantaggi associati al loro utilizzo. Infatti, come polveri, questi adsorbitori hanno uso logistico limitato (es. hanno bisogno dell'uso di contenitori/casse o un di filtro poroso) e possono perdere alcune particelle neN'ambiente, eventualmente risultando essi stessi tossici (es. se respirati). In aggiunta, la maggior parte di queste polveri hanno costi di produzione elevati, come nel caso delle zeoliti. Various methods have been used to adsorb VOCs using different materials ranging from charcoal to zeolites. However, although these systems show good activity? for the removal of VOCs, they have disadvantages associated with their use. In fact, as dusts, these adsorbers have limited logistic use (eg they need the use of containers/crates or a porous filter) and can lose some particles in the environment, possibly resulting themselves toxic (eg if inhaled). In addition, most of these powders have high production costs, as in the case of zeolites.
Altri metodi descrivono la rimozione di COV attraverso l?uso di materiali ibridi organicoinorganico. I materiali organico-inorganici sono generalmente definiti come compositi con costituenti organici e inorganici miscelati in differenti rapporti (Funcitonal Hybrid Materials, Wiley VCH, Weinheim, 2004). Pi? in dettaglio, questi materiali possono essere sistemi omogenei derivati da monomeri e composti organici e inorganici miscibili, come anche sistemi eterogenei, o sistemi compositi, dove almeno uno dei domini ha una dimensione maggiore di qualche Angstrom. Other methods describe the removal of VOCs through the use of organic-inorganic hybrid materials. Organic-inorganic materials are generally defined as composites with organic and inorganic constituents mixed in different ratios (Funcitonal Hybrid Materials, Wiley VCH, Weinheim, 2004). Pi? in detail, these materials can be homogeneous systems derived from monomers and miscible organic and inorganic compounds, as well as heterogeneous systems, or composite systems, where at least one of the domains has a dimension greater than a few Angstroms.
I materiali organico-inorganici per la rimozione di COV includono, per esempio, supporti ad elevata area superficiale, come zeoliti sintetiche, normalmente in congiunzione con un promotore metallico, come Pt (EP1942744) o Mn, Fe, e ossidi di Co (CN106215978). La produzione di questi materiali richiede diversi passaggi sintetici, l'utilizzo di risorse non rinnovabili e l'utilizzo di solventi. Di conseguenza, questi metodi hanno elevati costi manifatturieri ed elevato impatto ambientale. In aggiunta, i materiali finali sono nella forma di solidi, o polveri solide, limitando il loro utilizzo pratico per la necessit? di contenitori. Organic-inorganic materials for VOC removal include, for example, high surface area supports, such as synthetic zeolites, usually in conjunction with a metal promoter, such as Pt (EP1942744) or Mn, Fe, and Co oxides (CN106215978) . The production of these materials requires several synthetic steps, the use of non-renewable resources and the use of solvents. Consequently, these methods have high manufacturing costs and high environmental impact. Additionally, the final materials are in the form of solids, or solid powders, limiting their practical use to necessity. of containers.
Ad esempio, EP2502671 descrive la preparazione di un framework metallo-organico avente uno ione centrale metallico legato a un ligando organico, per la rimozione di COV. Il materiale ? preparato da una miscela di almeno un precursore inorganico di metallo di transizione, almeno un composto organico che pu? agire come ligando, e un solvente. EP2502671 descrive una sequenza di passaggi di preparazione dove la miscela di reazione ? inizialmente fatta reagire e in sequenza purificata con trattamento con un sale inorganico, un regolatore di acidit?, un solvente o una miscela deli stessi. Il materiale finale ha una forma cristallina definita e pu? agire come rimovitore di COV. Tuttavia, la lunga procedura di preparazione cos? come la necessit? di solvente rendono il materiale costoso e poco sostenibile. For example, EP2502671 describes the preparation of a metal-organic framework having a central metal ion bound to an organic ligand, for the removal of VOCs. The material ? prepared from a mixture of at least one inorganic transition metal precursor, at least one organic compound that can act as a ligand, and a solvent. EP2502671 describes a sequence of preparation steps where the reaction mixture ? initially reacted and in sequence purified by treatment with an inorganic salt, an acidity regulator, a solvent or a mixture thereof. The final material has a defined crystalline shape and can act as a VOC remover. However, the lengthy preparation procedure so? as the need? of solvent make the material expensive and unsustainable.
Di conseguenza, si sente tuttavia il bisogno di sviluppare un materiale rimovitore di COV con basso impatto ambientale, bassi costi di produzione e preparazione semplice. Consequently, however, there is a need to develop a VOC-removing material with low environmental impact, low production costs and simple preparation.
L?obiettivo primario della seguente invenzione ? quindi identificare una nuova tipologia di materiali capaci di rimuovere efficientemente i COV con basso impatto ambientale, a bassi costi di produzione e con una preparazione semplice. The primary objective of the following invention ? therefore identifying a new type of materials capable of efficiently removing VOCs with low environmental impact, low production costs and simple preparation.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Pertanto, la Richiedente ha sorprendentemente scoperto che queste e altre caratteristiche desiderate possono essere ottenute da un composito organicoinorganico derivato da un polimero reticolato a base di olio di ricino includente una fase dispersa di un composto contenente metallo. Gli inventori hanno scoperto che tale composto ha eccellenti propriet? adsorbenti per la rimozione di COV in comparazione con adsorbenti convenzionali e disponibili in commercio. Thus, the Applicant has surprisingly discovered that these and other desired characteristics can be obtained from an organoinorganic composite derived from a castor oil-based crosslinked polymer including a dispersed phase of a metal-containing compound. The inventors have discovered that this compound has excellent properties adsorbents for the removal of VOCs in comparison with conventional and commercially available adsorbents.
Perci?, in un primo aspetto la presente invenzione si riferisce a un materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa comprendente almeno una fase continua consistente di un polimero reticolato a base di olio di ricino e almeno una fase dispersa comprendente almeno un composto contenente almeno un metallo selezionato dal gruppo consistente di: un ossido metallico, un idrossido metallico, un carbonato metallico. Therefore, in a first aspect, the present invention relates to a biomass-derived organic-inorganic composite material comprising at least one continuous phase consisting of a castor oil-based crosslinked polymer and at least one dispersed phase comprising at least one compound containing at least one metal selected from the group consisting of: a metal oxide, a metal hydroxide, a metal carbonate.
Il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo l?invenzione, infatti, ha dimostrato di essere capace di rimuovere COV tramite adsorbimento di gas COV pi? efficacemente dei sistemi nello stato dell?arte e disponibili come prodotti commerciali. In aggiunta, i polimeri reticolati a base di olio di ricino hanno dimostrato di essere specialmente vantaggiosi per il loro basso impatto ambientale, dato che contengono olio di ricino non edibile, e alla luce del loro basso costo e della preparazione semplice. The organic-inorganic composite material derived from biomass according to the invention, in fact, has shown to be capable of removing VOCs by adsorption of VOC gas more? effectively state-of-the-art systems available as commercial products. In addition, castor oil-based crosslinked polymers have proven to be especially advantageous due to their low environmental impact, given that they contain inedible castor oil, and in light of their low cost and simple preparation.
In un altro aspetto, la presente invenzione riguarda anche un metodo per la preparazione di un materiale composito organico-inorganico secondo il primo aspetto della seguente invenzione, comprendente le fasi di: In another aspect, the present invention also relates to a method for preparing an organic-inorganic composite material according to the first aspect of the following invention, comprising the steps of:
A) miscelazione di un acido grasso o estere di olio di ricino, almeno un composto contenente un metallo selezionato dal gruppo consistente di: un ossido metallico, un idrossido metallico, e un carbonato metallico, e almeno un agente reticolate; A) blending a fatty acid or castor oil ester, at least one compound containing a metal selected from the group consisting of: a metal oxide, a metal hydroxide, and a metal carbonate, and at least one crosslinking agent;
B) reazione della miscela della fase A) ad una temperatura nell?intervallo da 15 a 130?C. B) reaction of the mixture of phase A) at a temperature in the range from 15 to 130°C.
Detto metodo ? semplice e permette l'ottenimento a basso costo del materiale composito organico-inorganico secondo il primo aspetto della presente invenzione. Said method? simple and allows the organic-inorganic composite material according to the first aspect of the present invention to be obtained at low cost.
In altri aspetti, la presente invenzione riguarda un componente adsorbente di COV costituito dal materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto dell'invenzione, il suo uso come adsorbitore di composti organici volatili (COV) in fase vapore o fase particolato, cos? come a diversi prodotti comprendenti il detto componente adsorbente di COV, come un filtro per pulire l?aria, un sistema di raffreddamento e condizionamento d?aria di tipo ad adsorbimento, una pompa di calore e un apparato di trattamento di liquami. In other aspects, the present invention relates to a VOC adsorbent component made of the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the invention, its use as an adsorber of volatile organic compounds (VOCs) in vapor phase or particulate phase, what? as to various products comprising said VOC adsorbent component, such as an air cleaning filter, an adsorption type cooling and air conditioning system, a heat pump and a sewage treatment apparatus.
I vantaggi di tali prodotti ed utilizzi sono gi? stati presentati per quanto riguarda il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto dell?invenzione e non sono qui ripetuti. The advantages of these products and uses are already? have been presented with respect to the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the invention and are not repeated herein.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In un primo aspetto, la presente invenzione riguarda un materiale composito organicoinorganico comprendente almeno una fase continua consistente di un polimero reticolato a base di olio di ricino e almeno una fase dispera comprendente un composto contenente metallo selezionato dal gruppo consistente di: un ossido metallico, un idrossido metallico, un carbonato metallico. In a first aspect, the present invention relates to an organic-inorganic composite material comprising at least one continuous phase consisting of a castor oil-based crosslinked polymer and at least one dispersed phase comprising a metal-containing compound selected from the group consisting of: a metal oxide, a metal hydroxide, a metal carbonate.
Il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo l?invenzione, infatti, ha dimostrato di essere capace di rimuovere COV attraverso adsorbimento di gas COV pi? efficacemente di quei sistemi nello stato dell?arte e disponibili come prodotti commerciali. In aggiunta, i polimeri reticolati a base di olio di ricino hanno dimostrato di essere specialmente vantaggiosi per il loro basso impatto ambientale, dato che contengono olio di ricino non edibile, e alla luce del loro basso costo e della preparazione semplice. The organic-inorganic composite material derived from biomass according to the invention, in fact, has shown to be capable of removing VOCs through the adsorption of VOC gas more? effectively than those state-of-the-art systems available as commercial products. In addition, castor oil-based crosslinked polymers have proven to be especially advantageous due to their low environmental impact, given that they contain inedible castor oil, and in light of their low cost and simple preparation.
Senza voler esser vincolato a una specifica teoria, la Richiedente ritiene crede che il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo la presente invenzione sia specificamente adatto per la rimozione dei COV grazie a una serie di passaggi comprendenti: l'adsorbimento dei COV sulla superficie del materiale composito, la migrazione dei COV nella massa del materiale, e l?interazione dei COV con la fase dispersa contenente il metallo. I passaggi di interazione dei COV con i materiali compositi possono essere sovrapposti e seguire un ordine diverso. Without wanting to be bound by a specific theory, the Applicant believes that the organic-inorganic composite material derived from biomass according to the present invention is specifically suitable for the removal of VOCs thanks to a series of steps including: the adsorption of the VOCs on the surface of the composite material, the migration of the VOCs into the mass of the material, and the interaction of the VOCs with the dispersed phase containing the metal. The interaction steps of VOCs with composite materials can be overlapping and follow a different order.
NeH?ambito della presente descrizione e nelle rivendicazioni seguenti, eccetto dove diversamente indicato, tutte le entit? numeriche esprimenti quantit?, parametri, percentuali, e cos? via, sono da essere intese come essendo precedute in tutte le circostanze dal termine ?circa?. Inoltre, tutti gli intervalli delle entit? numeriche includono anche tutte le combinazioni possibili dei valori massimi e minimi e include tutti i possibili intervalli intermedi, in aggiunta a quelli specificamente indicati qui sotto. Within the scope of the present description and in the following claims, except where otherwise indicated, all entities numbers expressing quantities?, parameters, percentages, and cos? via, are to be understood as being preceded in all circumstances by the term ?about?. Also, all ranges of entities? numeric also includes all possible combinations of maximum and minimum values, and includes all possible intermediate ranges, in addition to those specifically noted below.
Tutte le percentuali e i rapporti sono calcolati in peso se non diversamente indicato. Tutte le percentuali e rapporti sono calcolati in base alla composizione totale se non diversamente indicato. All percentages and ratios are by weight unless otherwise indicated. All percentages and ratios are calculated based on the total composition unless otherwise indicated.
Tutte le misure sono eseguite a 25?C se non diversamente specificato. All measurements are performed at 25?C unless otherwise specified.
La presente invenzione pu? presentare in uno pi? degli aspetti della presente invenzione una o pi? delle caratteristiche descritte in seguito, che possono essere combinate come desiderato secondo le esigenze d?applicazione. The present invention can present in one pi? of the aspects of the present invention one or more? of the characteristics described below, which can be combined as desired according to the application requirements.
Il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo la presente invenzione comprende almeno una fase continua consistente di un polimero reticolato a base di olio di ricino. The biomass-derived organic-inorganic composite material according to the present invention comprises at least one continuous phase consisting of a castor oil-based crosslinked polymer.
L'olio di ricino ? un olio derivato dai semi non edibili della pianta di ricino (ricinus communis). L'olio di ricino ? principalmente composto da trigliceridi di acidi grassi contenenti 82-93% di acido ricinoleico (acido cis-12-idrossiottadec-9-enoico). L?acido ricinoleico, per esempio, fornisce i gruppi idrossili che sono disponibili per reagire chimicamente con i reticolanti nelle reazioni di polimerizzazione. I polimeri a base di olio di ricino sono perci? polimeri bio-based ben noti nell'industria polimerica da molto tempo, e attualmente ci sono diversi tipi di polimeri a base di olio di ricino, che sono per esempio di tipo poliuretano, poliestere, polietere, poliammide, e polisolfuro (Bioresource Technol., 97 (9,) 1086, 2006). Castor oil? an oil derived from the inedible seeds of the castor plant (ricinus communis). Castor oil? mainly composed of triglycerides of fatty acids containing 82-93% ricinoleic acid (cis-12-hydroxyoctadec-9-enoic acid). Ricinoleic acid, for example, provides the hydroxyl groups that are available to chemically react with crosslinkers in polymerization reactions. Castor oil-based polymers are therefore? bio-based polymers well known in the polymer industry for a long time, and currently there are different types of castor oil based polymers, which are for example polyurethane, polyester, polyether, polyamide, and polysulfide type (Bioresource Technol., 97 (9,) 1086, 2006 ).
La Richiedente ha scoperto che tali polimeri bio-based sono risultati specialmente vantaggiosi per fornire il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo la presente invenzione dato il loro dimostrato basso impatto ambientale (contengono olio di ricino non edibile) e grazie alla capacit? d?essere effettivamente combinati con composti contenenti metallo capaci di aumentare le propriet? di adsorbimento e rimozione COV. The Applicant has discovered that such bio-based polymers have proved to be especially advantageous for providing the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the present invention given their demonstrated low environmental impact (they contain non-edible castor oil) and thanks to the ability d? be effectively combined with compounds containing metal capable of increasing the properties? of adsorption and VOC removal.
Nel materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo l?invenzione, il polimero reticolato a base di olio di ricino forma la fase continua che funge da forte rete e cella per la stabilizzazione e compattazione del composto contenente metallo, che forma la fase dispersa del composito. Il polimero reticolato ? formato usando un agente reticolate capace di formare forti legami covalenti o ionici con l?olio di ricino, le cui stabilit? meccaniche e termiche sono sufficientemente forti da bloccare e stabilizzare la fase dispera, anche durante la preparazione. In the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the invention, the castor oil-based crosslinked polymer forms the continuous phase which serves as a strong network and cell for stabilization and compaction of the metal-containing compound, which forms the dispersed phase of the composite. The crosslinked polymer? formed using a cross-linking agent capable of forming strong covalent or ionic bonds with castor oil, the stabilities of which? mechanical and thermal are strong enough to block and stabilize the desperate phase, even during setup.
Preferibilmente, tale polimero a base di olio di ricino ? quindi ottenuto per polimerizzazione di un acido grasso o estere di olio di ricino con un agente reticolate, pi? preferibilmente un agente reticolante comprendente un gruppo funzionale selezionato tra: un gruppo isocianato, un gruppo carbossile, un gruppo anidride, un gruppo anionico di un acido carbossilico, un gruppo amminico, un gruppo imminico, un gruppo amidico, un gruppo di acido solfonico, un gruppo anionico di acido solfonico, un gruppo di acido metanditioico, un gruppo anionico di acido metanditioico, o una miscela degli stessi. Preferably, such castor oil-based polymer is then obtained by polymerization of a fatty acid or castor oil ester with a crosslinking agent, more? preferably a crosslinking agent comprising a functional group selected from: an isocyanate group, a carboxyl group, an anhydride group, an anionic group of a carboxylic acid, an amino group, an imino group, an amide group, a sulfonic acid group, a anionic group of sulfonic acid, a group of metandithioic acid, an anionic group of metandithioic acid, or a mixture thereof.
Preferibilmente, detto polimero reticolato a base di olio di ricino ? selezionato dal gruppo consistente di un poliuretano, un poliestere, un polietere, una poliammide, e un polisolfuro. Preferably, said castor oil-based crosslinked polymer? selected from the group consisting of a polyurethane, a polyester, a polyether, a polyamide, and a polysulfide.
In una forma di realizzazione preferita, il citato polimero a base di olio di ricino ? un poliuretano ottenuto dalla polimerizzazione di un acido grasso o estere di olio di ricino con poli(esametilene diisocianato), con pentametilene diisocianato, o con una miscela degli stessi. In a preferred embodiment, the cited castor oil-based polymer is a polyurethane obtained from the polymerization of a fatty acid or castor oil ester with poly(hexamethylene diisocyanate), pentamethylene diisocyanate, or a mixture thereof.
Preferibilmente, in tale polimero reticolato a base di olio di ricino che ? un poliuretano il rapporto in peso di tale acido grasso o estere con il poli(esametilene diisocianato) con pentametilene diisocianato, o con una miscela degli stessi varia da 75:25 a 15:85, pi? preferibilmente ? 20:80. Preferably, in such a castor oil-based crosslinked polymer which is a polyurethane the ratio by weight of this fatty acid or ester to poly(hexamethylene diisocyanate) to pentamethylene diisocyanate, or to a mixture thereof ranges from 75:25 to 15:85, plus? preferably ? 8:80 pm.
Rispetto alla fase dispersa del materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo l'invenzione, questa comprende almeno un composto contenente metallo selezionato dal gruppo consistente di: un ossido metallico, un idrossido metallico, un carbonato metallico. With respect to the dispersed phase of the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the invention, this comprises at least one metal-containing compound selected from the group consisting of: a metal oxide, a metal hydroxide, a metal carbonate.
Preferibilmente, il metallo di tale composto contenente metallo ? selezionato dal gruppo consistente di Ti, W, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, Mg, Ca, Sr, Al, Si, e Sn. Pi? preferibilmente, tale metallo ? selezionato dal gruppo consistente di: Ca, Zn, Sr, Mg, e Ti. Preferably, the metal of such a metal-containing compound is selected from the group consisting of Ti, W, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, Mg, Ca, Sr, Al, Si, and Sn. Pi? preferably, this metal ? selected from the group consisting of: Ca, Zn, Sr, Mg, and Ti.
I composti contenenti metallo preferibili sono: carbonato di calcio, ossido di zinco, ossido di stronzio, carbonato di magnesio, ossido di titanio. Preferable metal-containing compounds are: calcium carbonate, zinc oxide, strontium oxide, magnesium carbonate, titanium oxide.
Gli ossidi, idrossidi e carbonati metallici sono vantaggiosamente solidi a 25?C e possono essere di diversa dimensione. Preferibilmente, tale composto contenente metallo ? nella forma di particelle, pi? preferibilmente aventi almeno una dimensione sotto i 200 nm. The metal oxides, hydroxides and carbonates are advantageously solid at 25°C and can be of different sizes. Preferably, such a metal-containing compound is in the form of particles, pi? preferably having at least one dimension below 200 nm.
Nel materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo l'invenzione, il rapporto in massa tra il polimero reticolato a base di olio di ricino con l'almeno un composto contenente metallo varia preferibilmente da 30:70 a 95:5, pi? preferibilmente ? 90:10. In the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the invention, the mass ratio of the castor oil-based crosslinked polymer to the at least one metal-containing compound preferably ranges from 30:70 to 95:5, more preferably ? 90:10.
Pi? basso il rapporto, pi? elastico ? il composito organico-inorganico, che pu? quindi essere usato come rimovitore di COV adattando la sua forma dove i COV sono originati o dove necessitano di essere rimossi, come in piccole cavit?. Pi? low the ratio, pi? elastic ? the organic-inorganic composite, which can? therefore be used as a VOC remover by adapting its shape where VOCs originate or where they need to be removed, such as in small cavities.
In un altro aspetto, la presente invenzione riguarda anche un metodo per preparare un materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto della presente invenzione, comprendente le fasi di: In another aspect, the present invention also relates to a method for preparing a biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the present invention, comprising the steps of:
A) miscelazione di un acido grasso o estere di olio di ricino, almeno un composto contenente metallo selezionato dal gruppo consistente di: un ossido metallico, un idrossido metallico, e un carbonato metallico, e almeno un agente reticolate; A) blending a fatty acid or castor oil ester, at least one metal-containing compound selected from the group consisting of: a metal oxide, a metal hydroxide, and a metal carbonate, and at least one crosslinking agent;
B) reazione della miscela della fase A) ad una temperatura nell'intervallo da 15 a 130?C. B) reaction of the mixture of phase A) at a temperature in the range from 15 to 130°C.
Il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo la presente invenzione ? quindi ottenibile mediante il metodo secondo questo aspetto dell'invenzione. The organic-inorganic composite material derived from biomass according to the present invention ? therefore obtainable by the method according to this aspect of the invention.
Tale metodo ? semplice e permette l'ottenimento a basso costo del materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto della presente invenzione. This method? simple and allows the obtainment at low cost of the organic-inorganic composite material derived from biomass according to the first aspect of the present invention.
I vantaggi e le caratteristiche preferite del metodo secondo questo altro aspetto dell'invenzione sono gi? stati precedentemente delineati con riferimento e sono evidenti considerato il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto dell'invenzione e non sono qui ripetuti. The advantages and preferred characteristics of the method according to this other aspect of the invention are already have been outlined above by reference and are evident considering the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the invention and are not repeated herein.
Preferibilmente, nel metodo secondo la presene invenzione, l'agente reticolante comprende un gruppo funzionale selezionato da: un gruppo isocianato, un gruppo carbossile, un gruppo anidride, un gruppo anionico di un acido carbossilico, un gruppo amminico, un gruppo imminico, un gruppo amidico, un gruppo di acido solfonico, un gruppo anionico di acido solfonico, un gruppo di acido metanditioico, un gruppo anionico di acido metanditioico, o una miscela degli stessi. Preferably, in the method according to the present invention, the crosslinking agent comprises a functional group selected from: an isocyanate group, a carboxyl group, an anhydride group, an anionic group of a carboxylic acid, an amino group, an imino group, a amide, a sulfonic acid group, an anionic sulfonic acid group, a metandithioic acid group, an anionic metandithioic acid group, or a mixture thereof.
Preferibilmente, nella fase B) tale reazione ? effettuata a temperatura nell'intervallo da 50 a 70?C. Preferably, in phase B) this reaction is carried out at temperatures in the range from 50 to 70?C.
Il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa pu? essere usato come tale o messo in un supporto o in un contenitore come una scatola. The organic-inorganic composite material derived from biomass can? be used as such or placed in a holder or container such as a box.
Preferibilmente, il metodo secondo l?invenzione comprende prima della fase B) la fase di: modellamento o applicazione su di un supporto della miscela della fase A). Preferably, the method according to the invention comprises before phase B) the phase of: modeling or applying the mixture of phase A) onto a support.
In un altro aspetto, la presente invenzione riguarda un componente adsorbente di COV fatto del materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto della presente invenzione. In another aspect, the present invention relates to a VOC adsorbent component made of the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the present invention.
I vantaggi e caratteristiche preferite del componente adsorbente di COV secondo questo altro aspetto dell?invenzione sono gi? stati precedentemente delineati con riferimento e sono evidenti considerato il materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto dell'invenzione e non sono qui ripetuti. The advantages and preferred characteristics of the VOC adsorbent component according to this other aspect of the invention are already? have been outlined above by reference and are evident considering the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the invention and are not repeated herein.
Preferibilmente, il componente adsorbente COV secondo la presente invenzione ? in forma di blocco, polvere, pellicola sottile, membrana, pellet, palla, schiuma, sfera, fango, foglio, stringa, pasta, pittura, nido d'ape, perla, rete, fibra, foglio ondulato o rotore. Preferably, the VOC adsorbent component according to the present invention is in the form of a block, powder, thin film, membrane, pellet, ball, foam, sphere, mud, sheet, string, paste, paint, honeycomb, bead, mesh, fiber, corrugated sheet or rotor.
Il componente adsorbente COV ? quindi vantaggiosamente utilizzabile per adsorbire composti organici volatili. The VOC adsorbent component ? therefore advantageously usable for adsorbing volatile organic compounds.
In un altro aspetto, quindi, la presente invenzione riguarda l'uso del citato componente adsorbente COV per adsorbire composti organici volatili (COV) in fase vapore o fase particolato, cos? come a diversi prodotti comprendenti il citato componente adsorbente COV, come filtri per ripulire l'aria, un sistema di raffreddamento e condizionamento aria ad adsorbimento, una pompa di calore o un apparato di trattamento depurazione. In another aspect, therefore, the present invention relates to the use of the cited VOC adsorbent component to adsorb volatile organic compounds (VOCs) in the vapor phase or particulate phase, so as to as to various products comprising the mentioned VOC adsorbent component, such as filters for cleaning the air, an adsorption air conditioning and cooling system, a heat pump or a purification treatment apparatus.
I vantaggi dei citati prodotti e del citato uso sono gi? stati presentati con rispetto al materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa secondo il primo aspetto dell?invenzione e non sono qui ripetuti. The advantages of the mentioned products and the mentioned use are already? have been presented with respect to the biomass-derived organic-inorganic composite material according to the first aspect of the invention and are not repeated herein.
Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcune sue preferibili forme di realizzazione, fatte in seguito in maniera di esempio non limitante con riferimento alla seguente parte sperimentale. Other features and advantages of the invention will appear more clearly from the following description of some preferable embodiments thereof, given hereinafter in a non-limiting example with reference to the following experimental part.
PARTE SPERIMENTALE EXPERIMENTAL PART
METODI METHODS
Propriet? di adsorbimento COV: ?Massima capacit? di adsorbimento a concentrazione satura di COV?, ?Massima capacit? di adsorbimento a concentrazione satura di COV dopo desorbimento? e ?Massima capacit? di adsorbimento di COV a concentrazione controllata di COV? property of VOC adsorption: ?Maximum capacity? of adsorption at saturated concentration of VOC?, ?Maximum capacity? of adsorption at saturated VOC concentration after desorption? and? Maximum capacity? of VOC adsorption at controlled VOC concentration?
La massima capacit? di adsorbimento del materiale a concentrazione satura di COV ? determinata come il massimo valore di COV (mg di COV/g di materiale) adsorbito dal materiale dopo che l'equilibrio ? stato raggiunto e il materiale pu? essere ancora maneggiato senza frantumarsi. L'analisi ? effettuata in un sistema chiuso esponendo il materiale ad un elevato volume di COV, come 10:1 in rapporto in peso e la quantit? di COV adsorbita ? determinata da analisi gravimetriche del materiale cos? come dalla determinazione volumetrica del COV adsorbito, in funzione del tempo. L?equilibrio ? determinato quando nessuna altra variazione nel peso del materiale e del volume COV sono osservate dopo pi? di 200 ore di esposizione. The maximum capacity? of adsorption of the material at saturated VOC concentration ? determined as the maximum value of VOC (mg of VOC/g of material) adsorbed by the material after the equilibrium ? been achieved and the material pu? still be handled without shattering. The analysis ? performed in a closed system by exposing the material to a high volume of VOCs, such as 10:1 by weight ratio and the amount? of adsorbed VOC ? determined by gravimetric analysis of the material cos? as from the volumetric determination of the adsorbed VOC, as a function of time. The balance? determined when no other changes in material weight and VOC volume are observed after several? of 200 hours of exposure.
La Massima capacit? di adsorbimento a concentrazione satura di COV dopo desorbimento ? determinata posizionando il materiale composito che precedentemente ha raggiunto la massima capacit? di adsorbimento in vuoto (per esempio in una camera d?essiccazione di 20 L a 15 mBar) e pesandolo fino a un valore stabile. Le capacit? di adsorbimento dopo desorbimento possono essere riportate come percentuali di COV trattenuto rispetto al COV perso durante il trattamento a vuoto. The maximum capacity? of adsorption at saturated VOC concentration after desorption ? determined by placing the composite material that has previously reached the maximum capacity? of adsorption in vacuum (for example in a 20 L drying chamber at 15 mBar) and weighing it to a stable value. The capabilities? of adsorption after desorption can be reported as the percentage of VOC retained relative to the VOC lost during vacuum processing.
La Massima capacit? di adsorbimento di COV a concentrazione controllata di COV ? determinata dall?esposizione del materiale ad un?atmosfera controllata e/o a soluzioni di diversi tipi di COV. Sia la concentrazione iniziale di COV cos? come la concentrazione finale COV sono analizzare al fine di determinare le propriet? di adsorbimento del materiale. The maximum capacity? of VOC adsorption at controlled VOC concentration ? determined by the exposure of the material to a controlled atmosphere and/or to solutions of different types of VOCs. Let the initial VOC concentration be cos? how the final VOC concentration are analyzed in order to determine the properties? material adsorption.
Le misurazioni sono effettuate in un sistema chiuso (come in un contenitore in vetro ermetico di 1 m<3>). Quando il materiale ? esposto a un?atmosfera controllata di COV, la concentrazione di COV ? determinata usando filtri per l?adsorbimento di COV e analizzati secondo standard interazionali (come OSHA PV 2119 per l?acido acetico o il NIOSH 2011 per l?acido formico, etc.). I COV sono analizzati con analisi cromatografica (per esempio, con un GC-MS di PerkinElmer, USA o con un analizzatore PTR-TOF-MS di lonicon, Austria). L?efficienza di adsorbimento ? riportata come percentuale tra la differenza tra la concentrazione iniziale e finale rispetto alla concentrazione iniziale. Measurements are taken in a closed system (such as in a 1m<3> airtight glass container). When the material? exposed to a controlled atmosphere of VOCs, the concentration of VOCs? determined using VOC adsorption filters and tested according to international standards (such as OSHA PV 2119 for acetic acid or NIOSH 2011 for formic acid, etc.). The VOCs are analyzed by chromatographic analysis (for example, with a GC-MS from PerkinElmer, USA or a PTR-TOF-MS analyzer from lonicon, Austria). The adsorption efficiency ? reported as a percentage of the difference between the initial and final concentrations relative to the initial concentration.
ESEMPI EXAMPLES
Esempio 1 Example 1
Un materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa ? stato preparato come segue: 70 g di olio di ricino (Qualit? Pharma, ), 20 g di poli(esametilene diisocianato) (Sigma-Aldrich) e 10 g di CaC03 (reagente ACS, ?99%, ) furono miscelati in un pallone a fondo arrotondato con un agitatore magnetico per 15 minuti a 20?C, poi la miscela fu versata in uno stampo in silicone e sottoposta a curing a 90?C per 24 ore. An organic-inorganic composite material derived from biomass ? was prepared as follows: 70 g of castor oil (Pharmaceutical Quality, ), 20 g of poly(hexamethylene diisocyanate) (Sigma-Aldrich) and 10 g of CaC03 (ACS reagent, ?99%, ) were mixed in a flask round bottom with a magnetic stirrer for 15 minutes at 20°C, then the mixture was poured into a silicone mold and cured at 90°C for 24 hours.
Le massime capacit? di adsorbimento e desorbimento del materiale cos? ottenuto furono determinate secondo il metodo sopra dettagliato. I risultati sono riportati in Tabella 1. The maximum capabilities? of adsorption and desorption of the material cos? obtained were determined according to the method detailed above. The results are reported in Table 1.
Riferimento Esempio 1 Reference Example 1
Esempio 1 fu ripetuto senza aggiungere CaCO3, e le massime capacit? di adsorbimento e desorbimento del materiale cos? ottenuto furono determinate secondo il metodo sopra dettagliato. I risultati sono riportati in Tabella 1. Example 1 was repeated without adding CaCO3, and the maximum capacity? of adsorption and desorption of the material cos? obtained were determined according to the method detailed above. The results are reported in Table 1.
Esempio 2 Example 2
Un materiale composito organico-inorganico derivato da biomassa fu preparato come segue: 60 g di olio di ricino (Qualit? Pharma, ), 15 g di poli(esametilene diisocianato) (Sigma-Aldrich) e 30 g di ZnO avente diversa distribuzione dimensionale (Sigma-Aldrich) furono miscelati in un pallone a fondo arrotondato con un agitatore magnetico per 15 minuti a 20?C, poi la miscela fu versata in uno stampo in silicone e sottoposta a curing a 70?C per 24 ore. A biomass-derived organic-inorganic composite material was prepared as follows: 60 g of castor oil (Pharmaceutical Quality, ), 15 g of poly(hexamethylene diisocyanate) (Sigma-Aldrich) and 30 g of ZnO having different size distribution ( Sigma-Aldrich) were mixed in a round bottom flask with a magnetic stirrer for 15 minutes at 20°C, then the mixture was poured into a silicone mold and cured at 70°C for 24 hours.
Le massime capacit? di adsorbimento e desorbimento del materiale cos? ottenuto furono determinate secondo il metodo sopra dettagliato. I risultati sono riportati in Tabella 1. The maximum capabilities? of adsorption and desorption of the material cos? obtained were determined according to the method detailed above. The results are reported in Table 1.
In aggiunta, dopo 150 ore di sorbimento in un'atmosfera iniziale di 10 ppm di acido acetico, la quantit? di COV rimossa era nell'intervallo 8-9 ppm (80-90% di rimozione COV), per il citato materiale composito. In addition, after 150 hours of sorption in an initial atmosphere of 10 ppm acetic acid, the amount? of VOC removed was in the range of 8-9 ppm (80-90% VOC removal), for the aforementioned composite material.
Riferimento Esempio 2 Reference Example 2
Esempio 2 fu ripetuto senza aggiungere ZnO, e le massime capacit? di adsorbimento e desorbimento del materiale cos? ottenuto furono determinate secondo il metodo sopra dettagliato. I risultati sono riportati in Tabella 1. Example 2 was repeated without adding ZnO, and the maximum capacities? of adsorption and desorption of the material cos? obtained were determined according to the method detailed above. The results are reported in Table 1.
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