ES2370823T3 - Método y aparato para purificar aire usando un fotocalizador. - Google Patents

Método y aparato para purificar aire usando un fotocalizador. Download PDF

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Stephen O. Hay
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Abstract

Un sistema de purificación de aire (20) que comprende: un sustrato (28); un revestimiento fotocatalí­tico (40) de Óxido metálico/dióxido de titanio que incluye una monocapa de Óxido de tungsteno sobre dióxido de titanio, aplicado dicho revestimiento fotocatalítico (40) sobre dicho sustrato (28) y una fuente de luz ultravioleta (32) para activar dicho revestimiento fotocatalítico (40) de Óxido de tungsteno/dióxido de titanio, y dicho revestimiento fotocatalítico de öxido de tungsteno/dióxido de titanio que oxida los contaminantes del flujo de aire, que son adsorbidos sobre dicho revestimiento fotocatalí­tico de óxido de tungsteno/dióxido de titanio cuando es activado por dicha fuente de luz; caracterizado porque:dicho sustrato comprende panales (28) sucesivos, teniendo cada panal una pluralidad de pasillos abiertos hexagonales (30), estando dispuesto dicho revestimiento fotocatalítico sobre las superficies de dichos pasillos (30); y por comprender:una pluralidad de fuentes de luz ultravioleta (32), alternándose dicha pluralidad de panales (28) y dicha pluralidad de fuentes de luz ultravioleta (32).

Description

Metodo y aparato para purificar aire usando un fotocalizador
La presente invenci6n se refiere, en general, a un sistema de acuerdo con el preambulo de la reivindicaci6n 1.
El aire de interiores puede incluir cantidades traza de contaminantes, incluidos compuestos organicos volatiles como formaldehido, tolueno, propanal, buteno y acetaldehido. Filtros absorbedores de aire, como los de carbono activado, se han empleado para eliminar estos contaminantes del aire. Como el aire circula a traves del filtro, el filtro bloquea el paso de contaminantes, lo que permite que el aire que sale del filtro este exento de contaminantes. Un inconveniente de emplear filtros es que solamente bloquean el paso de contaminantes y no los destruyen.
El di6xido de titanio se ha empleado como un fotocatalizador en un purificador de aire para destruir los contaminantes. Cuando el di6xido de titanio es iluminado con luz ultravioleta, los fotones son absorbidos por el di6xido de titanio, lo que promociona un electr6n desde la banda de valencia a la banda de conducci6n, produciendo de ese modo un hueco en la banda de valencia y anadiendo un electr6n a la banda de conducci6n. El electr6n promovido reacciona con oxfgeno, y la carga positiva libre que queda en la banda de valencia reacciona con agua, formando radicales hidroxilo reactivos. Cuando un contaminante se adsorbe sobre el fotocatalizador de di6xido de titanio, los radicales hidroxilo atacan los contaminantes y los oxidan hasta formar, agua, di6xido de carbono y otras sustancias. Un inconveniente del fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior es que tiene una reactividad limitada. Ademas, la humedad puede afectar enormemente al comportamiento fotocatalftico del di6xido de titanio y, por tanto, a la velocidad de oxidaci6n de los contaminantes. El documento WO 03/037509 describe un fotocatalizador que comprende di6xido de titanio y carburo de silicio acoplados con tri6xido de tungsteno. Los documentos US 6.135.838, US 6.136.186 y US 6.309.611 describen purificadores fotocatalfticos que tienen di6xido de titanio y otros 6xidos metalicos. Un artfculo de Fuerte et al., en el Journal of Catalysis 212, paginas 1 a 9, 2002, describe un 6xido mixto de di6xido de titanio impurificado con tungsteno que puede usarse para degradar los contaminantes.
Los fotocatalizadores de 6xido metalico/di6xido de titanio se han empleado como un fotocatalizador en fase acuosa para eliminar los contaminantes de un flujo de agua. La qufmica en fase acuosa es significativamente diferente de la qufmica en fase aerea. Los mecanismos de reacci6n son, en general, diferentes en cada fase. Por tanto, un catalizador disenado para la qufmica en fase acuosa no se comporta de la misma forma que un catalizador disenado para la qufmica en fase gaseosa. Ademas, el radical hidroxilo puede difundirse alejandose de la superficie del fotocatalizador en una fase acuosa, y el radical hidroxi no se difunde alejandose de la superficie del fotocatalizador en la fase gaseosa. Finalmente, en la fase acuosa, el agua y las especies i6nicas en el agua rivalizan con los contaminantes por los sitios de adsorci6n en el fotocatalizador, reduciendo tambien el rendimiento fotocatalftico.
Se han empleado procesos de revestimiento sol-gel para crear una suspensi6n fotocatalftica que se aplica a un sustrato para crear un revestimiento fotocatalftico. El proceso de revestimiento sol-gel logra la carga fotocatalftica deseada y el elevado comportamiento de adherencia a traves de multiples procesos de revestimiento por inmersi6n. Un inconveniente de los procesos de revestimiento sol-gel es que se requieren precursores de titanio caros (como isoprop6xido de titanio) y complicados procedimientos de reflujo/sonicaci6n. Por tanto, el proceso de revestimiento sol-gel es costoso y laborioso.
En consecuencia, existe la necesidad de un fotocatalizador basado en aire para oxidar los contaminantes con una reactividad aumentada, una menor sensibilidad a las variaciones de humedad, y un proceso a un coste eficaz para revestir el fotocatalizador a un sustrato.
De acuerdo con la presente invenci6n, se ha proporcionado un sistema de purificaci6n de aire segun la reivindicaci6n 1. En sus realizaciones preferidas al menos, el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio purifica el aire en un edificio o en un vehfculo oxidando cualquier contaminante del aire que se adsorba sobre el revestimiento hasta formar agua, di6xido de carbono y otras sustancias.
Un ventilador impulsa aire a un sistema de purificaci6n de aire. El aire circula primero a traves de un filtro de partfculas que filtra el polvo o cualquier otra partfcula grande. El aire circula despues a traves de un pasillo o canal abierto de un panal. La superficie del panal esta revestida con un catalizador fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio. Una fuente de luz ultravioleta colocada entre panales sucesivos activa el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio. Las paredes del sistema de purificaci6n de aire estan preferiblemente forradas con un material reflectante para reflejar la luz ultravioleta sobre la superficie interna de los pasillos abiertos del panal.
Cuando los fotones de la luz ultravioleta son adsorbidos por el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, un electr6n es promovido desde la banda de valencia a la banda de conducci6n, produciendo una carga positiva libre en la banda de valencia. Los electrones en la banda de conducci6n son capturados por el oxfgeno. Las cargas positivas libres en la banda de valencia reaccionan con agua que es adsorbida en el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, formando radicales hidroxilo reactivos.
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El 6xido de tungsteno forma una monocapa sobre el di6xido de titanio. Cuando un contaminante en el aire es adsorbido en el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, el radical hidroxilo ataca al contaminante, sustrayendo un atomo de hidr6geno del contaminante y oxidando los contaminantes para formar agua, di6xido de carbono y otras sustancias. El revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio tiene una baja sensibilidad a la humedad. Por tanto, la humedad tiene un efecto muy inferior sobre la actividad fotocatalftica del 6xido de tungsteno/di6xido de titanio comparado con el fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior.
Estas y otras caracterfsticas de la presente invenci6n se comprenderan mejor a partir de la siguiente memoria descriptiva y de los dibujos.
Breve�descripcion�de�los�dibujos
Las diversas caracterfsticas y ventajas de la invenci6n resultaran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de la siguiente descripci6n detallada de la presente realizaci6n preferida. Los dibujos que se adjuntan a la descripci6n detallada pueden describirse brevemente de la forma siguiente:
La Figura 1 ilustra esquematicamente una realizaci6n de un entorno cerrado, tal como un edificio, vehfculo u otra estructura, incluido un espacio interior y un sistema HVAC;
La Figura 2 ilustra esquematicamente el sistema de purificaci6n de aire de la presente invenci6n;
La Figura 3 ilustra esquematicamente el panal del sistema de purificaci6n de aire;
La Figura 4a ilustra esquematicamente un diagrama de flujo del proceso de fabricaci6n de un producto fotocatalftico;
La Figura 4b ilustra esquematicamente un diagrama de flujo del proceso de aplicar el producto fotocatalftico a un sustrato;
La Figura 5 ilustra esquematicamente una monocapa de 6xido de tungsteno sobre el di6xido de titanio del revestimiento fotocatalftico;
La Figura 6 ilustra esquematicamente un grafico que ilustra la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n del acetaldehido como una funci6n de la humedad relativa;
La Figura 7 ilustra esquematicamente un grafico que ilustra la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de propanal como una funci6n de la humedad relativa;
La Figura 8 ilustra esquematicamente un grafico que ilustra la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de tolueno como una funci6n de la humedad relativa;
La Figura 9 ilustra esquematicamente un grafico que ilustra la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de buteno como una funci6n de la humedad relativa; y
La Figura 10 ilustra esquematicamente un grafico que ilustra la eficiencia del fotocatalizador de la presente invenci6n como una funci6n del contenido en moles de 6xido de tungsteno.
Descripcion�detallada�de�la�realizacion�preferida
La Figura 1 ilustra esquematicamente un edificio, vehfculo u otra estructura 10 que incluye un espacio interior 12, tal como una habitaci6n, un despacho o una cabina de un vehfculo, tal como de un coche, tren, autobus o avi6n. Un sistema HVAC 14 calienta o enfrfa el espacio interior 12. El aire del espacio interior 12 es impulsado por un camino 16 hasta el sistema HVAC 14. El sistema HVAC 14 cambia la temperatura del aire impulsado 16 desde el espacio interior 12. Si el sistema HVAC 14 esta funcionando en modo de enfriamiento, el aire se enfrfa. Alternativamente, si el sistema HVAC 14 esta funcionando en modo de calentamiento, el aire se calienta. El aire se devuelve despues por un camino 18 al espacio interior 12, cambiando la temperatura del aire del espacio interior 12.
La Figura 2 ilustra esquematicamente un sistema de purificaci6n de aire 20 empleado para purificar el aire del edificio o vehfculo 10 oxidando los contaminantes del aire, tales como los compuestos organicos volatiles, para formar agua, di6xido de carbono y otras sustancias. Los contaminantes pueden ser unas especies oxidables como el mon6xido de carbono o unas especies reducibles como el ozono. Por ejemplo, los contaminantes pueden ser un compuesto organico volatil, un compuesto organico semivolatill como tolueno, propanal, buteno o acetaldehido. Los contaminantes pueden ser tambien aldehfdos, cetonas, alcoholes, aromaticos, alquenos o alcanos. El sistema de purificaci6n de aire 20 puede purificar el aire despues de que sea impulsado a lo largo del camino 16 hasta el sistema HVAC 14 o puede purificar el aire que deja el sistema HVAC 14 antes de que sea soplado a lo largo del camino 18 hacia el espacio interior 12 del edificio o vehfculo 10. El sistema de purificaci6n de aire 20 puede ser tambien una unidad independiente que no sea empleada con un sistema HVAC 14.
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Un ventilador 34 impulsa aire en el sistema de purificaci6n de aire 20 a traves de una entrada 22. El aire circula a traves de un filtro de partfculas 24 que filtra polvo o cualesquiera otras partfculas grandes bloqueando el flujo de estas partfculas. El aire circula despues a traves de un panal 28. En un ejemplo, el panal 28 se fabrica de aluminio o de una aleaci6n de aluminio. La Figura 3 ilustra esquematicamente una vista frontal del panal 28 con una pluralidad de pasillos o canales hexagonales abiertos 30. Las superficies de la pluralidad de pasillos abiertos 30 se revisten con un revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio (WO3/JiO2) que oxida los contaminantes que se adsorben sobre el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio cuando se activa mediante la luz ultravioleta. Como se explica mas adelante, cuando el aire circula a traves de los pasillos abiertos 30 del panal 28, los contaminantes del aire que se adsorben sobre la superficie del revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio se oxidan a di6xido de carbono, agua y otras sustancias.
En un ejemplo, el di6xido de titanio es Millennium titania, Degussa P-25, o un di6xido de titanio equivalente. Ademas, el 6xido de tungsteno se emplea como revestimiento. Este 6xido metalico puede combinarse tambien con un aditivo metalico como oro, plata, paladio, platino y rutenio.
Una fuente de luz 32 colocada entre panales 28 sucesivos activa el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio sobre la superficie de los pasillos abiertos 30. Como se muestra, los panales 28 y la fuente de luz 32 se alternan en el sistema de purificaci6n de aire 20. Es decir, las luces ultravioleta 32 se colocan entre cada uno de los panales 28. Preferiblemente, la fuente de luz 32 es una fuente de luz ultravioleta que genera luz con una longitud de onda en el intervalo de 180 nan6metros a 400 nan6metros.
El aire purificado sale despues del purificador de aire a traves de una salida 36. Las paredes 38 del sistema de purificaci6n de aire 20 se forran preferiblemente con un material reflectante 42. El material reflectante 42 refleja la luz ultravioleta sobre la superficie de los pasillos abiertos 30 del panal 28.
La Figura 4a ilustra esquematicamente un diagrama de flujo del metodo de preparar un fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio. Se prepara una soluci6n acuosa que contiene aproximadamente 1,0-3,0 mg/ml de para-tungstato de amonio ((NH4)10W12O41). Preferiblemente, la soluci6n contiene aproximadamente 2,0 mg/ml de paratungstato de amonio. Un peso fijo de di6xido de titanio 62 se anade y se dispersa en la soluci6n de paratungstato de amonio para formar una suspensi6n.
La suspensi6n resultante se agita 64 durante la noche y despues se homogeneiza durante aproximadamente 10-30 minutos empleando un homogeneizador 66 con un generador de dispersi6n. En un ejemplo, la suspensi6n se homogeneiza a una velocidad de 7.500 rpm, y el generador de dispersi6n tiene un diametro de 30 mm y 15 ranuras.
Un dispositivo de secado 68, tal como un evaporador rotativo de vacfo, evapora la suspensi6n resultante hasta sequedad. El producto se seca adicionalmente durante la noche en un vacfo 70 a una temperatura entre 60-80°C. Preferiblemente, el producto se seca a una temperatura de 70°C.
El producto se calcina despues 72 calentando el producto a una velocidad de 1-5°C por minuto a una temperatura entre 350-500°C en presencia de aire o haciendo circular una mezcla de gases oxfgeno y arg6n. Preferiblemente, el producto se calienta a una velocidad de 1,5°C por minuto. El producto se calienta preferiblemente a una temperatura de 450°C, ya que esta temperatura ofrece una actividad fotocatalftica ligeramente superior. Una vez se ha alcanzado la temperatura deseada, la temperatura se mantiene durante aproximadamente 0,5-3 horas. Preferiblemente, la temperatura se mantiene durante una hora. En presencia de oxfgeno, la calcinaci6n descompone el paratungstato de amonio hasta formar 6xido de tungsteno, agua y amonfaco.
La Figura 4b ilustra esquematicamente un diagrama de flujo del metodo de aplicar el producto fotovoltaico a un sustrato. Como ejemplo, el polvo de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio resultante se anade al agua destilada 74 para hacer una suspensi6n acuosa del 25% en peso. La suspensi6n se homogeneiza despues 76 durante 10-30 minutos usando el homogeneizador con el generador de dispersi6n a una velocidad de 7.500 rpm. La suspensi6n de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio resultante se aplica despues 78 a la superficie del panal 28. Preferiblemente, el panal 28 se limpia previamente con acetona y metanol para eliminar la suciedad y el aceite y se limpia la superficie para realzar la adherencia del revestimiento aplicado al panal 28.
La suspensi6n se aplica a la superficie del panal 28 por pulverizaci6n, electroforesis y revestimiento por inmersi6n. Despues de que se aplica la suspensi6n, la suspensi6n se deja secar, formando un revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio en el panal 28.
El proceso de homogeneizaci6n tiene un efecto significativo sobre el comportamiento del revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio. Se sugiere que las fuerzas de cizalla generadas por el homogeneizador 66 rompen los grandes aglomerados de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio en partfculas mucho mas pequenas, permitiendo que el fotocatalizador este muy repartido por el panal 28. Por tanto, la carga de fotocatalizador requerida puede lograrse por un unico proceso de pulverizaci6n o de inmersi6n de la suspensi6n homogeneizada. Adicionalmente, el revestimiento fotocatalftico tiene buen comportamiento de adherencia. Cuando se pulveriza la suspensi6n sobre el panal 28, el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio esta muy disperso sobre el
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panal 28 y s6lo se requiere un unico proceso de revestimiento para depositar la mfnima carga fotocatalftica requerida.
El proceso homogeneizador tiene un efecto significativo sobre la carga del peso y el comportamiento global del revestimiento fotocatalftico 40. La carga de revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio esta en el intervalo de 0,1 mg/cm2 a 1,7 mg/cm2 o, de forma equivalente, el revestimiento fotocatalftico 40 tiene un espesor de 1 a 20 micr6metros. Preferiblemente, el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio tiene una carga en el intervalo entre 0,5 mg/cm2 a 1,0 mg/cm2 o, de forma equivalente, el revestimiento fotocatalftico 40 tiene un espesor de 4 a 8 micr6metros. Al emplear un unico proceso de revestimiento por pulverizaci6n o por inmersi6n, la carga del peso es de aproximadamente 0,8 mg/cm2, que supera la carga mfnima de 0,5 mg/cm2 del comportamiento fotocatalftico.
Durante el funcionamiento del sistema de purificaci6n de aire 20, la fuente de luz 32 se ilumina para activar el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio sobre la superficie del panal 28. Cuando los fotones de la luz ultravioleta son absorbidos por el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, un electr6n es promovido desde la banda de valencia a la banda de conducci6n, produciendo una carga positiva libre en la banda de valencia. El revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio debe estar en presencia de oxfgeno y agua para oxidar los contaminantes hasta formar di6xido de carbono, agua y otras sustancias. Los electrones que son promovidos hasta la banda de conducci6n son capturados por el oxfgeno. Las cargas positivas en la banda de valencia reaccionan con moleculas de agua adsorbidas en el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio para formar radicales hidroxilo reactivos.
Cuando un contaminante del aire es adsorbido sobre el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, el radical hidroxilo ataca al contaminante, sustrayendo un atomo de hidr6geno del contaminante. En este metodo, el radical hidroxilo oxida los contaminantes y produce agua, di6xido de carbono y otras sustancias.
Como se muestra en la Figura 5, el 6xido de tungsteno del revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio esta muy disperso y forma una monocapa sobre la superficie del di6xido de titanio. Una fase separada de 6xido de tungsteno no se observa empleando mediciones de difracci6n de rayos X y de microscopfa electr6nica de transmisi6n. Se cree que el 6xido de tungsteno es injertado en la superficie del di6xido de titanio a traves de la reacci6n de paratungstato de amonio ((NH4)10W12O41) con los grupos hidroxilo de la superficie del di6xido de titanio. La monocapa completa resultante de 6xido de tungsteno puede cubrir completamente la superficie de di6xido de titanio con un espesor at6mico o la monocapa parcial resultante de 6xido de tungsteno puede cubrir parcialmente la superficie de di6xido de titanio. Cargas superiores de 6xido de tungsteno sobre el di6xido de titanio (mayores del 6% en moles) pueden dar como resultado multicapas de 6xido de tungsteno sobre la superficie de di6xido de titanio, haciendo el catalizador menos activo.
Las especies de 6xido de tungsteno sobre la superficie de di6xido de titanio modifican las propiedades de la superficie del di6xido de titanio. Por ejemplo, el pH del revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es 1,7, mientras que el pH del revestimiento de fotocatalizador de di6xido de titanio es de 9,5. La carga de 6xido de tungsteno sobre di6xido de titanio cambia el di6xido de titanio desde ligeramente basico a fuertemente acido. Se cree que el incremento en la acidez de la superficie del di6xido de titanio incrementa la afinidad de las moleculas de contaminantes hacia la superficie del fotocatalizador, incrementando por tanto la resistencia a la adsorci6n del fotocatalizador. La actividad fotocatalftica es mejorada por la mejorada capacidad de adsorci6n. Adicionalmente, el incremento de la acidez de la superficie incrementa la densidad de grupos radicales hidroxilo sobre la superficie, y por tanto proporciona una incrementada cantidad de radicales hidroxilo para facilitar la reacci6n fotocatalftica.
El di6xido de titanio del revestimiento fotocatalftico 40 contiene la fase rutilo del cristal. En un ejemplo, el di6xido de titanio del revestimiento fotocatalftico 40 incluye aproximadamente 20% de fase rutilo del cristal y aproximadamente 80% de fase anatasa del cristal.
El revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio de la presente invenci6n tiene gran estabilidad a las variaciones de humedad que normalmente tienen lugar en sistemas HVAC. Jfpicamente, un sistema HVAC 14 funciona en un intervalo de humedad de 10-60% en edificios. El comportamiento fotocatalftico del revestimiento de di6xido de titanio de la tecnica anterior se ha visto afectado por el vapor de agua en el aire porque el vapor de agua y los contaminantes gaseosos rivalizan por sitios de adsorci6n en el fotocatalizador de di6xido de titanio. El fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio de la presente invenci6n incrementa la afinidad de los contaminantes sobre las moleculas de agua. Por tanto, la humedad tiene un efecto reductor sobre el comportamiento oxidativo del revestimiento fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio. Dicho de otra forma, el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio compensa los efectos de la humedad.
La Figura 6 ilustra un grafico de la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de acetaldehido como una funci6n de la humedad relativa. Como se muestra, la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de titanio de la tecnica anterior y el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio de la presente invenci6n disminuyen ambos con un incremento de la humedad. Sin embargo, la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es mayor que la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de di6xido de titanio a todos
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los niveles de humedad. A medida que se incrementa la humedad, la actividad fotocatalftica del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio disminuye a una velocidad que es menor que la disminuci6n de la actividad fotocatalftica del di6xido de titanio.
La Figura 7 ilustra un grafico de la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de propanal como una funci6n de la humedad relativa. Como se muestra, la humedad no tiene un gran impacto sobre la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio y la velocidad de oxidaci6n permanece estable a medida que aumenta la humedad. La velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de titanio de la tecnica anterior disminuye con el incremento de la humedad. La velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es de nuevo mayor que la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de di6xido de titanio a todos los niveles de humedad.
La Figura 8 ilustra un grafico de la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de tolueno como una funci6n de la humedad relativa. Como se muestra, la humedad no tiene tampoco un gran impacto sobre la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, y la velocidad de oxidaci6n permanece estable a medida que aumenta la humedad. La velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de titanio de la tecnica anterior tambien permanece relativamente estable con el aumento de la humedad. Sin embargo, la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es mayor que la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de di6xido de titanio a todos los niveles de humedad.
La Figura 9 ilustra un grafico de la velocidad intrfnseca de la oxidaci6n de buteno como una funci6n de la humedad relativa. Como se muestra, la humedad tiene un impacto sobre la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio y la velocidad de oxidaci6n disminuye con el aumento de la humedad. La velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de titanio de la tecnica anterior disminuye tambien con el aumento de la humedad. Sin embargo, la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es mayor que la velocidad de oxidaci6n del fotocatalizador de di6xido de titanio a todos los niveles de humedad.
Diferentes volumenes de la suspensi6n de paratungstato de amonio se aplican para lograr diferentes cargas de 6xido de tungsteno sobre di6xido de titanio en el fotocatalizador resultante. En un ejemplo, 6,396 g de di6xido de titanio se anadieron separadamente a 100 ml, 300 ml y 500 ml de la suspensi6n que contiene aproximadamente 2,0 mg/ml de paratungstato de amonio. De forma correspondiente, pueden lograrse una serie de cargas de 6xido de tungsteno de 1% en moles, 3% en moles y 5% en moles en el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio resultante.
La Figura 10 ilustra un grafico de la eficiencia del fotocatalizador como una funci6n del contenido de 6xido de tungsteno. Como se muestra, para las oxidaciones de propanal, tolueno y buteno, el revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio tiene la mayor eficiencia cuando el 6xido de tungsteno tiene una concentraci6n de aproximadamente 2 a 4 % en moles. Cuando se emplea un fotocatalizador al 3% en moles de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio duplicaba la velocidad de reacci6n intrfnseca de la oxidaci6n de propanal sobre el fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior. Existe un aumento del 80% en la velocidad de reacci6n intrfnseca de la oxidaci6n de tolueno sobre el fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior. La velocidad de reacci6n intrfnseca de la oxidaci6n de buteno es triplicada sobre el fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior.
Los huecos en un panal 28 tienen tfpicamente forma hexagonal, pero debe comprenderse que pueden emplearse otras formas de huecos. A medida que los contaminantes se adsorben sobre el revestimiento fotocatalftico 40 de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio de la estructura en presencia de una fuente de luz, los contaminantes se oxidan hasta formar agua, di6xido de carbono y otras sustancias.
La eficiencia efectiva para un purificador de aire que funcione en aire de interiores que esta contaminado por un contaminante j se define como:
ef.ef. 1 (LCjo / LCji) 1 -(LCjo / CJ) (Ecuaci6n 1)
en la que LCji y LCjo representan la suma de concentraciones de contaminantes en el reactor y fuera de el, respectivamente.
La eficacia de un purificador de aire puede escribirse como la suma de las eficiencias de cada una de las especies en el aire ponderado por la fracci6n molar Xj de contaminante de esas especies:
CAD ef.ef. CAD 1X1 CAD 2X2 CAD 3X3 . (Ecuaci6n 2)
Un catalizador para la purificaci6n de aire necesita ser eficaz para todas las especies en el aire, como se describe en la Ecuaci6n 2, o de forma mas importante para todas las especies en el aire importantes para la calidad del aire. La fracci6n molar X puede ser reemplazada con un factor de ponderaci6n que representa la importancia de esas especies en la calidad total del aire de interior. En este caso, la Ecuaci6n 2 pasa a ser:
CAD ef.ef. CAD 1 1 CAD 2 2 CAD 3 3 . (Ecuaci6n 3) Un potencial factor de ponderaci6n AQI es el indice de Calidad del Aire , expresado como:
j Jji/AQIi (Ecuaci6n 4)
donde J es la contribuci6n de las especies individuales j en el fndice total AQI.
La importancia en definir el comportamiento de la purificaci6n del aire se demuestra en la presente invenci6n, en la 5 que el comportamiento del catalizador es una suma ponderada para muchas especies de importancia para la calidad del aire de interior, y no s6lo para algunas especies.
El revestimiento fotocatalftico 40 de la presente invenci6n mejora la velocidad efectiva de suministro de aire limpio del sistema de purificaci6n de aire 20. Ademas, como el revestimiento fotocatalftico 40 tiene gran estabilidad frente a variaciones de la humedad, hay un menor efecto desfavorable sobre la velocidad efectiva de suministro de aire
10 limpio debido a la humedad.
Existen varias ventajas del fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio de la presente invenci6n. Primero, el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio es muy activo, aumentando enormemente la velocidad intrfnseca de reacci6n de los contaminantes frente al fotocatalizador de di6xido de titanio de la tecnica anterior. Ademas, el fotocatalizador de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio tiene gran estabilidad frente a las
15 variaciones de humedad en un sistema HVAC. Por ultimo, el metodo del revestimiento tiene un coste eficaz, ya que s6lo se necesita un ciclo de proceso de pulverizaci6n o de inmersi6n para depositar una mfnima carga de 0,5 mg/cm2 en el panal 28.
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Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Un sistema de purificaci6n de aire (20) que comprende:
    un sustrato (28);
    un revestimiento fotocatalftico (40) de 6xido metalico/di6xido de titanio que incluye una monocapa de 6xido de tungsteno sobre di6xido de titanio, aplicado dicho revestimiento fotocatalftico (40) sobre dicho sustrato (28) y
    una fuente de luz ultravioleta (32) para activar dicho revestimiento fotocatalftico (40) de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio, y dicho revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio que oxida los contaminantes del flujo de aire, que son adsorbidos sobre dicho revestimiento fotocatalftico de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio cuando es activado por dicha fuente de luz; caracterizado porque:
    dicho sustrato comprende panales (28) sucesivos, teniendo cada panal una pluralidad de pasillos abiertos hexagonales (30), estando dispuesto dicho revestimiento fotocatalftico sobre las superficies de dichos pasillos (30); y por comprender:
    una pluralidad de fuentes de luz ultravioleta (32), alternandose dicha pluralidad de panales (28) y dicha pluralidad de fuentes de luz ultravioleta (32).
  2. 2.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, en el que dicho sustrato (28) es uno de aluminio y de una aleaci6n de aluminio.
  3. 3.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, que incluye ademas un filtro de partfculas (24) para bloquear el polvo en dicho flujo de aire.
  4. 4.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, que incluye ademas un ventilador
    (34) que impulsa dicho flujo de aire a dicho sistema de purificaci6n de aire.
  5. 5.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, que incluye ademas un alojamiento (38), estando el sistema de purificaci6n de aire en dicho alojamiento, y estando dicho alojamiento forrado con un material reflectante (42).
  6. 6.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en cualquier reivindicaci6n precedente, en el que dicha fuente de luz ultravioleta genera luz en el intervalo de 180 nan6metros a 400 nan6metros.
  7. 7.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, en el que dicho revestimiento (40) tiene una carga entre 0,1 mg/cm2 y 1,7 mg/cm2.
  8. 8.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, en el que el sistema de purificaci6n de aire es empleado en un sistema HVAC (14).
  9. 9.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, en el que el di6xido de titanio de dicho revestimiento fotocatalftico (40) de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio contiene una fase rutilo del cristal.
  10. 10.-El sistema de purificaci6n de aire (20) segun se expone en la reivindicaci6n 1, en el que dicho revestimiento fotocatalftico (40) de 6xido de tungsteno/di6xido de titanio contiene una fase rutilo del cristal.
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