IT202100015578A1 - Elemento di arredamento per la decontaminazione di aria - Google Patents
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Description
Titolo "Elemento di arredamento per la decontaminazione di aria"
DESCRIZIONE
Campo tecnico
La presente invenzione ? relativa a un elemento di arredamento comprendente un dispositivo di decontaminazione di aria utilizzabile, ad esempio, per l?eliminazione di agenti patogeni e inquinanti, quali virus, batteri, composti organici volatili (COV), muffe, gas e/o composti volatili presenti nell?aria. Tale dispositivo trova particolare utilizzo in ambienti chiusi, come ambienti domestici, uffici e/o locali commerciali.
Stato della tecnica
La contaminazione di superfici da parte di virus patogeni per l?uomo rappresenta un rischio di trasmissione di infezioni di varia natura e gravit?. La sopravvivenza di tali virus sulle superfici pu? essere influenzata numerosi fattori: la natura della superficie, le condizioni ambientali (pH, esposizione alla luce solare, umidit?) e le propriet? degli stessi virus.<[1]>
Oltre ai virus, ? noto che batteri, polveri, muffe e altri agenti patogeni e inquinanti permangono nell?aria indoor sotto forma di droplets (micro goccioline).
In un simile contesto, l?attuale interesse per l?utilizzo di materiali fotocatalitici a base di gas / solidi (vernici fotocatalitiche, cemento, vetri, ?) insieme ai dispositivi in grado di rimuovere inquinanti gassosi e/o inattivare virus, batteri e/o funghi ? in costante crescita.<[2]>
La crescente attenzione verso gli inquinanti indoor, in grado di raggiungere concentrazioni di un ordine di grandezza superiore a quelle misurate all?aperto<[3]>, soprattutto nei moderni edifici a tenuta ermetica, sta spingendo il mercato dei dispositivi di sanificazione basati su diverse tecnologie (trattamenti biologici, filtri a carboni attivi, fotolitici e dispositivi fotocatalitici).<[4]>
Le preoccupazioni relative ai composti organici volatili (COV) e alla recente pandemia COVID-19 hanno ulteriormente intensificato gli sforzi per produrre dispositivi igienico-sanitari in grado di aumentare la qualit? complessiva dell?aria interna, sia chimicamente che biologicamente.
Il processo fotocatalitico ? in grado di abbattere batteri e virus.<[5] >Di recente, sono stati proposti nuovi materiali per inattivare i virus.<[6]>
In realt?, numerosi sono i metodi standard per i COV, approvati da organizzazioni nazionali e internazionali, quali CEN<[7] >e ISO<[8]>, per la valutazione della capacit? di rimozione di specie gassose mediante sistemi fotocatalitici, principalmente per materiali e non per dispositivi di purificazione. Non sono stati ancora sviluppati test specifici per COVID-19, sia per quanto riguarda i materiali sia per i dispositivi.<[9]>
I polmoni umani, agendo anche come serbatoi di infezioni virali respiratorie, possono disperdere droplets attraverso starnuti e tosse, ma i virioni possono essere anche emessi durante il parlare o la respirazione. Durante gli starnuti, la distribuzione delle dimensioni delle goccioline ? risultata essere di circa 360 ?m di diametro medio per 44 starnuti di 20 soggetti sani.<[10] >A seconda delle dimensioni dell?aerosol, le goccioline possono diffondersi anche lontano dalla sorgente, contaminando l?aria e le superfici.<[9] >Le goccioline di liquido, contenenti virioni SARS-CoV-2, emesse dalle vie aree dei pazienti nell?aria, trasportano altri materiali, comprese cellule batteriche e cellule epiteliali. Esse sono ridotte di dimensioni per evaporazione nell?atmosfera in piccoli nuclei di goccioline. I piccoli aerosol rimangono in sospensione e, senza purificatori d?aria attivi, sono in grado di allontanarsi dalla sorgente ed esporre al virus un certo numero di individui e superfici. Le correnti d?aria vicine possono risospendere gli aerosol ed estendere il loro raggio di azione.<[9]>
Quando vengono emesse particelle di grandi dimensioni, la perdita d'acqua e il brusco rallentamento della velocita di sedimentazione delle goccioline pi? piccole consente loro di rimanere nell'aria. Uno studio negli ospedali di Wuhan ha riportato che il virus e stato rilevato in campioni di aerosol provenienti da aree aperte al pubblico, a 10-100 metri dalla sorgente.<[11]>
Il potenziale carico virale delle goccioline ? una funzione cubica del diametro delle particelle. Quindi, gli aerosol di piccole dimensioni hanno una carica virale ridotta rispetto alle goccioline pi? grandi. Le particelle pi? grandi, circa di 10 ?m, sono spesso una cellula batterica o epiteliale infetta. Pertanto, i nuclei delle goccioline nell?intervallo di dimensiono di 1 ?m e inferiori contengono molti meno virioni di questi.
La dimensione esatta di SARS-CoV-2 non ? stata segnalata. Il diametro approssimativo del SARS-CoV-1, strettamente correlato, ? 82-94 nm, con proteine laterali che si estendono per circa 19 nm (diametro totale di circa 120-132 nm).<[12]>
Supponendo una dimensione mediana del virione di circa 125 nm con un guscio da 60 nm, una gocciolina di 1 ?m di diametro potrebbe contenere fino a 300 virioni impacchettati in modo casuale. Una gocciolina simile, di 10 ?m di diametro potrebbe contenere fino a 300.000 virioni. Quindi, la richiesta di filtri con un diametro dei pori molto piccolo avrebbe poco senso.
Alcune osservazioni permettono di osservare le differenze tra le tradizionali tecnologie di abbattimento (es. filtri) e quelle basate su reazioni chimiche, come quella fotocatalitica.
- FILTRI
Le efficienze e gli svantaggi dei filtri sono ben descritti in rif. [13]. Un filtro ? in grado di catturare solo le particelle e non i COV, a meno che non sia presente un meccanismo di adsorbimento aggiuntivo. Ci? si ottiene utilizzando filtri carboniosi o idrofobici, realizzati con un?ampia superficie oltre alla dimensione dei pori richiesta.
Un tipico aumento, ma pur sempre limitato, di efficienza del filtro, si osserva a un certo diametro delle particelle, a seconda della porosit? nominale del filtro e dei regimi di intercettazione.
Tra i meccanismi responsabili del filtraggio delle particelle in un determinato intervallo di dimensioni:
1) Filtraggio: il diametro delle particelle ? maggiore della distanza tra le fibre filtranti adiacenti.
In tal caso, le particelle non possono attraversare il mezzo filtrante;
2) Impatto: le particelle di grandi dimensioni hanno una massa elevata e, quindi, un momento elevato, a causa della velocit? lineare del flusso d?aria. Le particelle continuano a viaggiare in linea retta, anche se il flusso d?aria ruota per passare oltre le fibre. Pertanto, le particelle hanno un impatto sul filtro;
3) Intercettazione: piccole particelle seguono il flusso d?aria fino a quando non si attaccano a una fibra. L?intercettazione opera in modo efficiente su particelle di diametro superiore a 200 nm;
4) Diffusione: particelle molto piccole si attaccano alle fibre per effetto diffusivo nel moto browniano, movimento che aumenta la probabilit? di contatto delle particelle con le fibre del filtro.
La qualit? dei filtri dipende essenzialmente dalla loro capacit? di intercettazione. Date le particelle con un diametro definito, il filtro deve essere in grado di bloccarle in una fase di un passaggio. A seconda del diametro delle particelle, ? necessario utilizzare un filtro con la corretta efficienza di raccolta.
Gli standard definiscono varie classi di filtri, in base alla loro efficienza di raccolta e penetrazione, e si applicano ai filtri anti particolato ad alta efficienza e ultra-bassa penetrazione d?aria (EPA, HEPA e ULPA), utilizzati nel campo della ventilazione e del condizionamento dell?aria e per i processi tecnici (applicazioni nella tecnologia delle camere bianche o nell?industria farmaceutica).<[14, 15] >I filtri agiscono come sistemi ON/OFF.
Le specie trasportate in aria, che non vengono raccolte al 100% di efficienza (come i VOCS), passano sempre attraverso tali filtri e non vengono eliminate. D?altra parte, le particelle con diametri che permettono di essere raccolte, vengono trattenute dai filtri.
Utilizzati in modalit? ricircolo, tali filtri sono in grado di abbattere il particolato con prestazioni legate alla loro efficienza di raccolta particellare a singolo passaggio o CADR.
I filtri dell?aria HEPA hanno un CADR di controllo del PM molto elevato. Per tal ragione, rivestono una quota di mercato molto ampia. Tuttavia, il filtro necessita di pulizia o sostituzione periodica. Un ulteriore svantaggio risiede nell?efficienza di controllo delle particelle, che pu? essere drasticamente ridotta se il filtro diventa meno ermetico.
L?uso di sistemi come i filtri ? obbligatorio solo quando ? richiesta una riduzione in una passata, ovverosia nel caso di applicazioni in cui non sono ammesse particelle o nel caso in cui si deve evitare l?inalazione di aerosol contenenti particelle virali (come nel caso di Sars-Cov-2).
Le maschere facciali devono avere una precisa efficienza di raccolta one-step, altrimenti l?individuo che le indossa ? esposto a un rischio di infezione. Tuttavia, l?aria umida esalata causa un ingrossamento delle goccioline igroscopiche, che diventano pi? grandi di quanto non fossero quando catturate sul mezzo di filtrazione. Tale cambiamento di dimensione delle goccioline pu? influenzare la capacit? delle fibre di trattenere le particelle e pu? portare alla ridistribuzione, dispersione o persino al passaggio di particelle, poich? virus pi? piccoli possono diffondersi lentamente negli strati di acqua che bagnano le fibre.<[16]>
- PROCESSO FOTOCATALITICO
L?abbattimento di inquinanti, batteri e virus mediante il processo fotocatalitico non ? basato sul concetto di abbattimento in un?unica fase. Una riduzione della loro concentrazione nell?aria si ottiene con il funzionamento continuo del dispositivo fotocatalitico, anche se in un solo passaggio la riduzione ? decisamente inferiore al 100%.
L?abbattimento chimico o biologico non ? mai al 100% in un unico passaggio perch? le reazioni richiedono tempo per essere completate. Ci? implica che quando un flusso d?aria viene fatto passare nel dispositivo di abbattimento, il tempo di permanenza dovrebbe essere maggiore del tempo di reazione, con flusso molto basso oppure occorrerebbe un grande volume interno del dispositivo o della superficie del catalizzatore attivo. Questi ultimi requisiti renderebbero i dispositivi non realizzabili o economicamente ed energeticamente molto costosi.
La resa in una sola passata, inferiore al 100%, per?, si compensa con una netta riduzione degli inquinanti, poich? vengono utilizzate pi? passate.
Dal punto di vista concettuale del modello matematico che descrive tale relazione, il sistema funziona in modo simile a un sistema di estrazione multiplo discreto.<[17, 18]>
In modalit? continua, quando il flusso ? costante attraverso il purificatore d?aria, si ha un decadimento esponenziale nel tempo. Per dettagli, si veda rif. [17], dove il reattore ? sostituito dalla stanza e la superficie attiva ? il filtro dell?aria.
Parallelamente al depuratore d?aria, possono essere presenti nella stanza varie fonti di inquinanti, come, per esempio, un individuo infetto da COVID-19. La concentrazione effettiva nella stanza ?, quindi, un equilibrio tra il tasso di caduta del filtro dell?aria e il tasso di emissione della sorgente.<[19] >Pi? ? efficiente il filtro dell?aria, minore ? la concentrazione che rimane a regime nella camera d?aria. L?inefficienza deriva dalla scelta inadeguata dei fotocatalizzatori, dalla cattiva progettazione del gruppo lampada-fotocatalitico e dal cattivo assemblaggio della ventola.
Un purificatore d?aria fotocatalitico performante non abbatte particelle come le particelle di fuliggine (che possono essere abbattute solo da un filtro), ma abbatte le sostanze organiche (inclusi batteri, virus e COV) in assenza di filtri, a seconda della sua peculiare efficienza (CADR) per quella particolare particella organica o complessa (virus, batteri). Un filtro pu? essere aggiunto al produttore per altri motivi, essenzialmente per un maggiore livello di sicurezza del consumatore.
Nel caso dei COV, un?ampia letteratura spiega il principio di funzionamento e vari fattori che influenzano le prestazioni dei purificatori d?aria fotocatalitici (efficienza del fotocatalizzatore, potenza delle lampade utilizzate, corretta geometria del flusso interno per aumentare il trasferimento di massa alla superficie).
Per quanto riguarda i virus, a seconda della sua efficienza di raccolta, un filtro pu? trattenere > 8-99,99% degli aerosol in un unico passaggio. Contemporaneamente, un depuratore d?aria fotocatalitico pu? ridurre la concentrazione allo stato stazionario in condizioni di lavoro continuo (come nel caso dei COV) della carica virale nell?ambiente, a un valore inferiore a quello critico pericoloso per la salute. Pertanto, ? essenziale che il catalizzatore utilizzato all?interno del filtro dell?aria sia in grado di abbattere i virus. Questo pu? essere certificato da esperimenti adeguati in condizioni molto controllate da biologi.
Esiste uno standard ISO<[20] >, ma devono ancora essere sviluppati test specifici sul COVID-19, anche se diversi laboratori sono in grado di valutare questa attivit?. I metodi comuni per la contaminazione dell?aria sono simili a quelli per le superfici e i tamponi orali sono seguiti dalla rilevazione molecolare dell'acido nucleico SARS-CoV-2.<[21]>
Poich? i virus sono trasportati dagli aerosol, il filtro dell?aria fotocatalitico ? in grado di catturare gli aerosol senza utilizzare filtri se la superficie del catalizzatore ? superidrofila e il flusso d?aria all?interno del filtro dell?aria ? ben progettato. La superidrofilia ? una caratteristica peculiare di alcuni semiconduttori irradiati, che all?irraggiamento riducono l?angolo di contatto delle goccioline d?acqua. La diminuzione della tensione superficiale di H2O, sotto irradiazione UV, ? una delle forze trainanti pi? importanti per cui i cluster di H2O si espandono termodinamicamente sulla superficie di TiO2, formando strati sottili di H2O.<[22] >
Gli aerosol (goccioline) a base d?acqua si attaccano facilmente a una superficie che presenta un sottile film d?acqua e vi collassano e si diffondono sulla superficie. Una superficie idrofila ?, quindi, efficace nel catturare in essa aerosol e virus. Una volta collassate sulla superficie rivestita d?acqua, le particelle virali stabiliscono forti interazioni con la superficie idrofila in presenza di uno strato di acqua a film sottile, principalmente attraverso il legame idrogeno tra l?acqua adsorbita e le molecole proteiche della superficie esterna del virus.<[23]>
Utilizzando filtri realizzati con materiali idrofobici, come il carbonio o altri polimeri non polari, gli aerosol a base d?acqua vengono raccolti per le loro dimensioni, ma non si diffondono facilmente sulla superficie, dove rimangono come gocce, potenzialmente contenenti particelle virali. La persistenza di vitalit? pi? lunga per SARS-CoV-2 ? stata trovata su acciaio inossidabile e plastica, che hanno mostrato una vitalit? di basso livello solo dopo 72 ore.
Sui filtri idrofobici, come osservato per le superfici, ? prevista una sopravvivenza pi? lunga rispetto alle superfici idrofile, come quelle superidrofile prodotte su semiconduttori irradiati. Il filtro fotocataltico di apatite di titanio (PTAF) ha inattivato SARS CoV fino al 99,99% dopo 6h, senza irradiazione UV e sotto irradiazione UV PTAF, e un filtro idrossiapatite nudo sono stati in grado di decomporre / inattivare SARS CoV completamente e in breve tempo.<[6]>
Che l?acqua sia fondamentale per la sopravvivenza del virus ? un concetto noto da tempo.<[24] >L?essicazione di micro-gocce contenenti particelle virali ? un modo efficiente per fermare la diffusione di molti virus, poich? causa la denaturazione delle proteine e altri processi che inattivano il virus.<[25]>
Poich? il film d?acqua che si diffonde su una superficie superidrofila ? molto sottile, l?acqua sparsa sulla superficie espone il virus a un?essicazione parziale esterna. I virus enterici senza involucro possono persistere pi? a lungo sulle superfici rispetto ai virus avvolti, poich? la rottura dell?involucro di questi ultimi provoca la perdita delle proteine dell?involucro coinvolte nell?adsorbimento del virus e nella penetrazione cellulare, rendendole inattive.<[26]>
I virus senza involucro sono meno suscettibili all?essiccamento rispetto alle loro controparti avvolte, a causa della mancanza di involucri della membrana lipidica.
La riduzione dell?angolo di contatto sulle superfici superidrofile modifica anche la velocit? di evaporazione dell?acqua. ? richiesto un tempo relativamente pi? lungo per l?evaporazione di una goccia su una superficie idrofobica rispetto ad altri tipi di superficie.<[27] >Quando il processo di spandimento ? quasi terminato, su una superficie superidrofila il processo di evaporazione ? dominante.<[28]>
L?aumentata evaporazione mantiene il film sottile, aumentando cos? la distruzione della membrana dell?involucro lipidico del virus, contemporaneamente favorita dalle specie ossidanti create sulla superficie del semiconduttore sotto illuminazione. Pertanto, un fotocatalizzatore che esegue con COV ? adatto, con simili prestazioni, anche per virus che degradano chimicamente. Tuttavia, propriet? aggiuntive del fotocatalizzatore, come la superidrofilia e la porosit? superficiale, aiutano a catturare l?aerosol e ad asciugare il virus, inattivandolo. Tali propriet? devono essere misurate collettivamente mediante esperimenti sui virus.
I depuratori d?aria fotocatalitici presentano quindi due vantaggi rispetto ai filtri: raccolgono le goccioline d?acqua in modo efficiente, grazie alla riduzione della tensione superficiale (se il catalizzatore ? superidrofilo e la superficie ? ruvida), a differenza dei filtri che funzionano solo per impatto e sono soggetti a possibile sfondamento di particelle virali; inattivano il virus attraverso un doppio meccanismo, di essicazione (se il catalizzatore ? superidrofilo e la superficie ? ruvida) e ossidazione chimica.
Problema della tecnica nota
I dispositivi atti alla pulizia e alla sanificazione delle superfici sono utili ma non sufficienti a combattere i rischi di infezione che, invece, si trasmettono nell?aria tramite aerosol. In tal senso, i sistemi di purificazione dell?aria, basati totalmente su metodi di filtraggio, non sono del tutto sufficienti, poich? i filtri per impatto non trattengono totalmente i virus di dimensioni particolarmente ridotte (pochi nanometri). Inoltre, i virus intrappolai dai filtri a impatto permangono sulla superficie del filtro, senza essere disattivati e, nel tempo, a causa del continuo passaggio di aria e all?umidit?, i materiali contaminanti potrebbero essere rilasciati nuovamente nell?aria, motivo per cui tali sistemi necessitano di periodiche sostituzioni, presentando elevati rischi per gli operatori manutentori preposti a maneggiarli.
Pertanto, occorre un sistema che sia efficiente ed efficace nella sterilizzazione da virus e batteri presenti nell?aria senza che, tramite la disinfezione, vengano rilasciate sostanze dannose per la salute dell?uomo o degli animali, come avviene mediante l?utilizzo di ozono o radicali.
Sommario dell?invenzione
In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo di decontaminazione di aria che superi i problemi della tecnica nota.
In particolare, ? scopo della presente invenzione proporre un dispositivo di decontaminazione di aria, per uso in ambienti chiusi, utilizzabile per l?eliminazione di agenti patogeni e inquinanti presenti nell?aria.
Inoltre, ? scopo della presente invenzione proporre un dispositivo di decontaminazione di aria che consenta non solo una sanificazione dell?aria nell?ambiente, ma anche di evitare il rilascio di eventuali sostanze dannose per la salute dell?uomo o degli animali, quali ozono o radicali liberi.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti dal dispositivo di decontaminazione di aria comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.
Vantaggi dell?invenzione
L?elemento di arredamento descritto permette la sanificazione dell?aria, consentendo la disgregazione e l?eliminazione di agenti patogeni, quali virus, batteri, VOC, muffe, odori, pollini e vari agenti inquinanti presenti nell?aria, nel contesto di ambienti chiusi.
Vantaggiosamente, l?elemento di arredamento descritto permette di evitare la fuoriuscita di composti dannosi per la salute, quali, per esempio, ozono e radicali liberi.
Ancora vantaggiosamente, l?elemento di arredamento descritto non necessita di periodici interventi manuali postumi al suo utilizzo.
Sempre vantaggiosamente, l?elemento di arredamento descritto permette di adattarsi all?ambiente in cui ? installato.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, di un dispositivo di decontaminazione illustrato con riferimento alle annesse figure in cui:
- la Figura 1 ? una vista prospettica del dispositivo di decontaminazione in accordo con la presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista laterale del dispositivo di decontaminazione in accordo con la presente invenzione;
- la figura 3 ? un?ulteriore vista laterale del dispositivo di decontaminazione in accordo con la presente invenzione;
- la figura 4 ? una vista prospettica di un dettaglio del dispositivo di decontaminazione in accordo con la presente invenzione;
- la figura 5 rappresenta il profilo di concentrazione per il toluene durante il test fotocatalitico su dispositivo LED, C0 = 0.5 ppm, test del 09/09/2020;
- la figura 6 rappresenta il profilo di concentrazione per il toluene durante il test fotocatalitico su dispositivo LED, C0 = 2 ppm, test del 15/09/2020;
- La figura 7 ? una vista in sezione laterale di una forma di realizzazione dell?elemento di arredamento in accordo con la presente invenzione;
- La figura 8 ? una vista in sezione laterale di un ulteriore forma di realizzazione dell?elemento di arredamento in accordo con la presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con particolare riferimento alle figure allegate, con il numero 13 ? indicato un elemento di arredamento.
Tale elemento di arredamento 13 comprende una struttura portante 14, un dispositivo di decontaminazione 1 di aria, organi di aggancio 15 per agganciare il dispositivo di decontaminazione 1 alla struttura portante 14.
Il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un corpo di contenimento 2 estendentesi tra una prima estremit? 3 e una seconda estremit? 4 lungo una prima direzione X-X. Tale corpo di contenimento 2 definisce un alloggiamento 5 configurato per ricevere aria. Preferibilmente, tale corpo di contenimento 2 ? di forma parallelepipeda. Pi? preferibilmente, il corpo di contenimento 2 presenta una dimensione lungo la prima direzione X-X di 314 mm, una dimensione lungo una seconda direzione Y-Y, trasversale alla prima direzione X-X che alla seconda direzione Y-Y, di 162 mm. Ancora preferibilmente, il corpo di contenimento 2 presenta dimensioni, latezze, forme e materiale diversificati e diversificabili in funzione dell?ambiente in cui si colloca il dispositivo di decontaminazione 1.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un?apertura d?ingresso 6 disposta in prossimit? della prima estremit? 3 del corpo di contenimento 2.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un?apertura di uscita 7 disposta in prossimit? della seconda estremit? 4 del corpo di contenimento 2.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un primo filtro (non illustrato nelle annesse figure), disposto in prossimit? dell?apertura di ingresso 6 del corpo di contenimento 2, configurato per trattenere le impurit? pi? grossolane dell?aria.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure), disposto in prossimit? dell?apertura di uscita 7 del corpo di contenimento 2. Preferibilmente, il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) del dispositivo di decontaminazione 1 presentano rispettivi pori; i pori del primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) presentano una dimensione dei pori superiore a quella dei pori del secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure).
Secondo una forma di realizzazione preferita, il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) ? costituito da tessuto non tessuto di alta qualit? e densit? progressiva; tale tessuto non tessuto ? ricavato da fibre sintetiche a elevata resistenza. Sempre secondo una forma di realizzazione preferita, il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) ? un filtro PM1.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 di aria comprende un dispositivo fotocatalitico 8, posizionato tra il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) all?interno dell?alloggiamento 5. Tale dispositivo fotocatalitico 8 comprende un dispositivo led 9, configurato per emettere radiazione UV, e una pluralit? di lamine rivestite 10 con film fotocatalitico. Tali lamine rivestite 10 sono configurate per essere illuminate con la luce UV emessa dal dispositivo led 9. Tali lamine rivestite 10 sono configurate per rallentare il pi? possibile il flusso d?aria all?interno dell?alloggiamento 5 e, allo stesso tempo, esporre la maggiore superficie possibile di film fotocatalitico alla radiazione UV.
Preferibilmente, il dispositivo led 9 del dispositivo di decontaminazione 1 genera una potenza compresa tra 30-80 /m<2>. Sempre preferibilmente, tale dispositivo led 9 emette una radiazione compresa tra 400 e 100 nm.
In accordo con una forma di realizzazione preferita, il film fotocatalitico del dispositivo fotocatalitico 8 comprende biossido di titanio dopato. Preferibilmente, il film fotocatalitico presenta una consistenza simile a un gel. Ancora preferibilmente, il film fotocatalitico ? deposto sulla superficie delle lamine rivestite 10 mediante processo di sinterizzazione.
In aggiunta, il dispositivo di decontaminazione 1 comprende una pluralit? di ventilatori 11, posizionati tra il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il dispositivo fotocatalitico 8 all?interno dell?alloggiamento 5, configurati per generare un flusso d?aria dall?apertura d?ingresso all?apertura d?uscita, lungo la prima direzione X-X. Preferibilmente, tali ventilatori 11 sono dimensionati in funzione delle dimensioni del corpo di contenimento 2.
In accordo con una forma di realizzazione preferita, la struttura portante 14 dell?elemento di arredamento 13 comprende una parete laterale 16 definente una sede interna 17, un?apertura di entrata 18 e un?apertura di scarico 19, disposte da parti opposte della sede interna 17 lungo la prima direzione X-X. Tale sede interna 17 ? conformata per bloccare al suo interno il dispositivo di decontaminazione 1 tra l?apertura di entrata 18 e l?apertura di scarico 19 lungo la prima direzione X-X. Gli organi di aggancio 15 sono vincolabili alla parete laterale 16 esternamente alla sede interna 17.
Preferibilmente, l?elemento di arredamento 13 comprende una parete 20 che presenta un?apertura 21 che ? in comunicazione di fluido con la sede interna 17 della struttura portante 14, per consentire il passaggio del flusso d?aria dall?apertura d?ingresso 6 all?apertura d?uscita 7 del dispositivo di decontaminazione 1 lungo la prima direzione X-X.
Secondo una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di decontaminazione 1 comprende una griglia 12 disposta in prossimit? dell?apertura d?uscita 7. Tale griglia 12 ? configurata per favorire il passaggio dell?aria decontaminata attraverso l?apertura d?uscita 7.
In accordo con un aspetto preferito, le lamine rivestite 10 del dispositivo di decontaminazione 1 si estendono lungo la seconda direzione Y-Y.
Secondo una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di decontaminazione 1 comprende una scocca esterna (non illustrata nelle annesse figure). Tale scocca esterna ? munita di staffe di ancoraggio (non illustrate nelle annesse figure) ed ? configurata per adattarsi alle dimensioni del corpo di contenimento 2.
ESEMPIO 1 ? Test misurazione della riduzione della carica virologica infettante, su supporti trattati con pitture ad attivit? fotocatalitica
Piastrine di Fibrocemento di spessore 5 mm e di dimensioni 40x40 mm sono state trattate, mediante applicazione a pennello di una resina poliuretanica trasparente, a base acquosa, per ridurre la porosit? superficiale del supporto. La met? delle piastrine ? stata ulteriormente trattata mediante applicazione di un rivestimento verniciante fotocatalitico (FOSBUILD FBLE), a base di biossido di titanio disperso in un sistema legante, al fine di misurarne le prestazioni in termini di riduzione della carica virologica infettante.
Le piastrine con rivestimento fotocatalitico sono state esposte alla luce solare diretta, per un tempo complessivo di 8 ore, per pre-attivarle, permettendo alla reazione fotocatalitica di ?degradare? eventuali ?residui inquinanti? intrinsechi nel sistema verniciante.
Sono state utilizzate due lampade: PL-S Blacklight Blue e PL-S 9W BLB/2P 1CT/6X10CC.
I virus scelti per eseguire le prove di contaminazione e di sopravvivenza virale sono stati:
- Virus dell?influenza di tipo A(H1N1) 2009 (virus con pericapside e con genoma a RNA a singolo filamento);
- Virus Herpes simplex di tipo 1 (HVS 1), (virus con pericapside e con genoma a DNA a doppio filamento);
- Adenovirus di tipo 2 (ADV2), (virus nudo e con genoma a DNA a doppio filamento).
I virus sono stati coltivati in dosi infettanti 50 (Tissue Culture Infective dose 50: TCID50), utilizzando le seguenti linee cellulari:
- Virus influenzale di tipo A(H1N1) 2009: cellule MDCK;
- Herpes simplex virus di tipo 1: cellule VERO;
- Adenovirus di tipo 2: cellule A549.
La linea cellulare MDCK ? stata mantenuta coltivandola in Minimum Essential Medium (MEX^M) siero fetale bovino (Bovine Foetal Serum: 0FBS) al 10%. Le linee cellulari VERO e A549 sono state mantenute coltivandole in Dulbecco?s Modified Eagle?s Medium (DMEM), con l?aggiunta di FBS al 10%.
Le colture cellulari sono state infettate seguendo protocolli standard.
Elaborazione dati sperimentali
- Determinazione del titolo virale in TCID50
Per la determinazione del titolo virale, espresso in TCID50, secondo la formula di Reed e Muench, si ? proceduto all?inoculazione di diluizioni scalari dei virus nei monostrati cellulari, allestiti su micropiastre da 96 pozzetti. Per ogni diluizione sono state inoculate quattro unit? di saggio. Le colture sono state osservate quotidianamente al microscopio invertito per verificare la comparsa o meno dell?effetto citopatico (ECP), per 5 giorni.
- Determinazione dell?infettivit? residua sulle piastre contaminate da virus
Tutte le prove sono state effettuate sotto una cappa sterile a flusso laminare, a temperatura ambiente di 25?C. Per ciascun virus ? stato utilizzato il seguente protocollo:
- Le piastrine sono state sterilizzate;
- 100 L della sospensione virale, contenente TCID50 di virus, sono stati depositati e distribuiti sulla superficie delle piastrine ricoperte di pittura fotocatalitica, indicate come piastrine F, e delle piastrine prive di tale rivestimento, indicate come piastrine C (di controllo);
- Le piastrine F e C, contaminate con il virus, trascorso il tempo di asciugatura, sono state esposte alla luce della lampada UV e, in parte, poste in un contenitore apposito, al riparo dalla luce;
- A intervalli di tempo prestabiliti: dopo l?asciugatura delle piastrine e, successivamente, dopo 2, 6 e 24 ore di esposizione o meno alla luce della lampada UV, il virus ? stato recuperato dalle piastrine mediante lavaggio con 100 ?L di terreno di coltura;
- Le sospensioni, cos? recuperate, sono state sottoposte a diluizioni scalari, ciascuna delle quali ? stata inoculata in 4 colture cellulari idonee, allestite su micropiastre da 96 pozzetti;
- Le colture sono state osservate quotidianamente al microscopio invertito, per verificarne la comparsa o meno dell?effetto citopatico (ECP), per 5 giorni;
- Per ogni campione, sono state calcolate le dosi infettanti 50 (TCID50). Tutte le prove sono state ripetute almeno 3 volte.
Risultati sperimentali
I risultati delle prove eseguite sono stati riassunti nella Tabella 1, riportata di seguito.
Tabella 1: abbattimento dell?infettivit? virale su piastrine F e C, a vari intervalli di tempo, dalla contaminazione con adenovirus di tipo 2 (ADV 2), virus herpes simplex di tipo 1 (HSV 1) e con il virus dell?influenza pandemica A(H1N1) 2009. I valori sono riportati come medie delle varie prove, espresse in .
*tempo necessario per asciugare la sospensione virale depositata sulle piastrine, prima dell?esposizione o meno alla luce della lampada.
I risultati riportati in Tabella 1 dimostrano che la prevalenza dell?adenovirus di tipo 2 ? stata rilevata a tutti i time point analizzati, con un progressivo calo della carica virale nel tempo, sia sulle piastrine F che su quelle C. La rimozione del virus infettante dalle piastrine F, in particolare per quelle esposte alla luce UV, ? risultata molto pi? efficace e significativamente osservabile gi? a partire da 6 ore dalla contaminazione. A 24 ore si osserva una notevole differenza quantitativa tra la carica virale residua sulle piastrine F esposte alla luce della lampada rispetto a quelle non esposte e rispetto alle piastrine di controllo.
Un comportamento differente ? stato osservato con l?herpes simplex di tipo 1. In tal caso, l?infettivit? virale sulle piastrine ricoperte con la pittura fotocatalitica non ? stata pi? rilevabile gi? dopo 1 ora dalla contaminazione, a prescindere dall?esposizione alla luce UV. Sulle piastrine di controllo, invece, il virus ? stato presente anche a 24 ore dalla contaminazione con un costante, lieve calo della carica virale, dovuto all?inattivazione spontanea del virus.
Non molto diverso ? stato il comportamento del virus influenzale di tipo A(H1N1) 2009. In tal caso, si ? osservata una rimozione completa della carica infettante gi? dopo 1 ora dalla contaminazione, indipendentemente dall?esposizione o meno alla luce della lampada delle piastrine F contaminate da virus. Sulle piastrine di controllo, invece, il virus infettante non ? stato pi? rilevabile a partire da 6 ore dalla contaminazione.
ESEMPIO 2 ? Test di abbattimento di toluene
I test sono stati eseguiti in un reattore CSTR in Plexiglass. Il reattore ? munito di coperchio rimuovibile, nella parte superiore, la cui tenuta ? assicurata da una guarnizione FDPE a schiacciamento e da un sistema di valvole di ingresso/uscita/bypass, il cui posizionamento permette l?ingresso/uscita del gas in flusso oppure il bypass del reattore. Il reattore CSTR funziona in flusso continuo ben miscelato all?interno; la miscelazione ? ottenuta nelle stesse ventole dei purificatori di aria da testare.
Il dispositivo testato consiste in un dispositivo di purificazione fotocatalitico, dotato di un sistema di irraggiamento LED del materiale fotocatalitico supportato su piastre di alluminio.
Il dispositivo di purificazione ? stato acceso in aria prima della prova, per 3 giorni consecutivi, al fine di pulire le superfici fotocatalitiche, per evitare il rilascio da parte di queste di composti organici volatili in grado di interferire durante la misurazione. Il dispositivo non era dotato di filtro a carboni attivi, che avrebbe portato, per adsorbimento, alla riduzione della concentrazione di toluene, non ascrivibile a un effetto fotocatalitico.
Elaborazione dati sperimentali
La singola misura consiste nel monitoraggio della concentrazione di toluene in by-pass, col flusso in reattore a dispositivo spento e con flusso in reattore a dispositivo acceso. In tal modo, ? possibile identificare la resa di abbattimento dell?inquinante (in tal caso, toluene), da parte del dispositivo di purificazione. La resa percentuale di abbattimento si misura secondo la seguente formula:
Dove ? la concentrazione in ingresso al reattore e ? la concentrazione di toluene in uscita dal reattore a dispositivo acceso in condizioni stazionarie (a seguito della stabilizzazione della concentrazione dopo il transiente iniziale).
La resa di abbattimento permette il calcolo - ipotizzando che il processo di abbattimento segua una cinetica del primo ordine ? della velocit? di abbattimento del toluene, ovvero la quantit? di toluene che il singolo dispositivo ? in grado di degradare nell?unit? di tempo
La velocit? di abbattimento viene calcolata mediante la seguente formula:
Dove ? il flusso in ingresso al reattore (nei presenti esperimenti, pari a 4000 mL/min).
Alternativamente la velocit? di abbattimento si pu? ottenere mediante il calcolo della costante apparente di primo ordine per la reazione di degradazione del toluene, alla concentrazione presente nel reattore, espressa come , oppure alla concentrazione in ingresso nel reattore, espressa come :
Risultati sperimentali
Nelle figure 5 e 6 sono riportati rispettivamente i profili di concentrazione per il toluene, a concentrazioni d?ingresso pari a 0,5 ppm e 2 ppm, misurati in presenza del dispositivo LED. La concentrazione nominale di toluene nel flusso in ingresso ? pari a 0,5 ppm. La resa di abbattimento e la velocit? di degradazione sono riportate in tabella 2. In tal caso, la resa di conversione del toluene ? quasi quantitativa ()
La prova ? stata ripetuta con una concentrazione di toluene pari a 2 ppm, poich?, in presenza di conversioni cos? elevate, ? preferibile procedere con l?esecuzione di almeno una prova a concentrazione in ingresso maggiore.
Tabella 2: risultati delle misurazioni del dispositivo di purificazione LED
Il dispositivo di purificazione testato ? stato in grado di abbattere in modo significativo il toluene. In particolare, le rese di conversione risultano particolarmente elevate, per ambedue le concentrazioni di ingresso di toluene.
Dalla Tabella 2 si nota che la costante apparente di primo ordine, alla concentrazione in uscta dal reattore, nelle due condizioni di misurazione, ossia a concentrazioni simili o molto maggiori delle concentrazioni in aria urbana e indoor, ? dell?ordine di 4,8 m<3 >h<-1>.
Da modelli di letteratura ? noto che la costante apparente di primo ordine cresce con il diminuire della concentrazione, per cui il valore ? stimato per difetto. Ci? significa che il dispositivo di purificazione LED, posto in una stanza di 90 m<3>, senza ricambio di aria, ? in grado di dimezzare la concentrazione di VOC in meno di 5 ore di funzionamento a ricircolo continuo.
Claims (10)
1. Elemento di arredamento (13) comprendente una struttura portante (14), un dispositivo di decontaminazione (1) di aria, organi di aggancio (15) per agganciare il dispositivo di decontaminazione (1) alla struttura portante (14), detto dispositivo di decontaminazione (1) comprendendo:
- un corpo di contenimento (2) estendentesi tra una prima estremit? (3) e una seconda estremit? (4) lungo una prima direzione (X-X); detto corpo di contenimento (2) definendo un alloggiamento (5) configurato per ricevere aria;
- un?apertura d?ingresso (6) disposta in prossimit? della prima estremit? (3) del corpo di contenimento (2);
- un?apertura d?uscita (7) disposta in prossimit? della seconda estremit? (4) del corpo di contenimento (2);
- un primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) disposto in prossimit? dell?apertura di ingresso (6) del corpo di contenimento (2), configurato per trattenere le impurit? pi? grossolane dell?aria;
- un secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) disposto in prossimit? dell?apertura di uscita (7) del corpo di contenimento (2);
- un dispositivo fotocatalitico (8) posizionato tra il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) all?interno dell?alloggiamento (5), detto dispositivo fotocatalitico (1) comprendendo un dispositivo led (9), configurato per emettere radiazione UV, e una pluralit? di lamine rivestite (10) con film fotocatalitico; dette lamine rivestite (10) essendo configurate per essere illuminate con luce UV emessa dal dispositivo led (9);
- una pluralit? di ventilatori (11) posizionati tra il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il dispositivo fotocatalitico (8) all?interno dell?alloggiamento (5), configurati per generare un flusso d?aria dall?apertura d?ingresso (6) all?apertura d?uscita (7) lungo la prima direzione (X-X).
2. Elemento di arredamento (13) in accordo con la rivendicazione 1, in cui detta struttura portante (14) comprende una parete laterale (16) definente una sede interna (17), un?apertura di entrata (18) e un?apertura di scarico (19), l?apertura di entrata (18) e l?apertura di scarico (19) essendo disposte da parti opposte della sede interna (17) lungo la prima direzione (X-X), detta sede interna (17) essendo conformata per bloccare al suo interno il dispositivo di decontaminazione (1) tra l?apertura di entrata (18) e l?apertura di scarico (19) lungo la prima direzione (X-X), gli organi di aggancio (15) essendo vincolabili alla parete laterale (16) esternamente alla sede interna (17).
3. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, comprendente una parete (20) presentante un?apertura (21), l?apertura (21) essendo in comunicazione di fluido con la sede interna (17) della struttura portante (14), per consentire il passaggio del flusso d?aria dall?apertura d?ingresso (6) all?apertura d?uscita (7) del dispositivo di decontaminazione (1) lungo la prima direzione (X-X).
4. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto dispositivo di decontaminazione (1) comprende una griglia (12) disposta in prossimit? dell?apertura d?uscita (7), detta griglia (12) essendo configurata per favorire il passaggio dell?aria decontaminata attraverso detta apertura di uscita (7).
5. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto corpo di contenimento (2) ? di forma parallelepipeda, il corpo di contenimento (2) presentando una dimensione lungo la prima direzione (X-X) di 314 mm, una dimensione lungo una seconda direzione (Y-Y), trasversale alla prima direzione (X-X), di 654 mm e una terza dimensione lungo una terza direzione, trasversale sia alla prima direzione (X-X) che alla seconda direzione (Y-Y), di 162 mm.
6. Dispositivo di decontaminazione (1) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui dette lamine rivestite (10) estendendosi preferibilmente lungo la seconda direzione (Y-Y).
7. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto film fotocatalitico del dispositivo fotocatalitico (8) comprendente biossido di titanio dopato.
8. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detto dispositivo di decontaminazione (1) comprendente una scocca esterna (non illustrata nelle annesse figure), detta scocca esterna (non illustrata nelle annesse figure) essendo munita di staffe di ancoraggio (non illustrate nelle annesse figure), configurata per adattarsi alle dimensioni di detto corpo di contenimento (2).
9. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) e il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) presentano rispettivi pori, i pori del primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) presentando una dimensione dei pori superiore a quella dei pori del secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure).
10. Elemento di arredamento (13) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il primo filtro (non illustrato nelle annesse figure) ? un filtro costituito da tessuto non tessuto di alta qualit? e densit? progressiva, e in cui il secondo filtro (non illustrato nelle annesse figure) essendo un filtro PM1.
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