Implementación de un proceso fotocatalítico para el tratamiento de aire de interiores

Abstract

RESUMEN En la actualidad, el problema de la contaminación ambiental ha crecido considerablemente, siendo de gran enfoque a la salud debido al daño que puede causar al bienestar de los seres humanos. Garantizar la calidad de aire interior es importante, debido a que los contaminantes en el aire pueden ser de la misma magnitud o inclusive en una escala mayor a los que se encuentran en un ambiente exterior. Los contaminantes comúnmente encontrados en espacios cerrados implican una gran cantidad de microorganismos aerotransportados y diversos compuestos orgánicos volátiles, en el caso de los hospitales son un grave problema debido a que dificultan mantener un ambiente limpio. En el presente trabajo se planteó el objetivo de evaluar la actividad microbicida del TiO2-Cu+2@perlita en la desinfección de aire de interiores (hospitales), con el fin de diseñar y construir un prototipo de filtro de aire con actividad microbicida. Para lo cual se estudió la foto-catálisis heterogénea empleando TiO2-Cu+2 (1%) como catalizador, dicho material fue sintetizado por el método de sol-gel empleando isopropóxido de titanio y sulfato de cobre como precursores. El material sintetizado se soportó por inmersión en perlitas y fue caracterizado por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), donde se observó la forma esférica y el tamaño nanométrico entre 50 y 100 nm, el material se encontró formando aglomeraciones en la superficie del soporte. Se realizó el diseño de un filtro con actividad foto-catalítica para el tratamiento de aire de interiores, para el cual se utilizó un cilindro de vidrio Chromaflex empacado con TiO2—Cu2+@perlita (1%). La eficiencia del filtro diseñado fue evaluada en la desinfección de aire de tres clínicas hospitalarias del área de estomatología, para dicha evaluación se realizaron muestreos de aire empleando el impactador ambiental de Andersen de seis niveles, donde se logró realizar la cuantificación de la carga total de microorganismos en el aire, logrando, en estos muestreos, identificar tanto bacterias gram-negativas como bacterias gram-positivas. La eficiencia de descontaminación fue evaluada con el uso del filtro en los muestreos de aire, donde se logró inhibir hasta el 100% el crecimiento bacteriano. También se realizaron pruebas de inhibición en solución acuosa frente a algunas bacterias aisladas de los muestreos de aire, tales como Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Yersinia enterocolitica. Además las pruebas para determinar la actividad microbicida del fotocatalizador, TiO2—Cu2+@perlita (1%), realizadas en condiciones de oscuridad y en condiciones de irradiación bajo luz visible, mostraron que en condiciones de oscuridad el material presentó actividad microbicida para E. coli, S. aureus, Y. enterocolitica, con una inhibición de 95, 82 y 84%, respectivamente; para el caso de la actividad microbicida con irradiación de luz visible se logró inhibir el crecimiento de estas bacterias en un 100%. El prototipo de reactor foto-catalítico diseñado, también fue evaluado en la remoción de Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), donde se utilizó etanol, como contaminante modelo. La degradación del mismo se cuantificó empleando métodos químicos.

ABSTRACT Nowadays, the environmental pollution problem has considerable growth, being focus because of its impact on human health. To assure indoor air quality is very important, the concentration of pollutants in air may be equal or larger to the one encountered for outer spaces. Pathogenic microorganisms and Volatile Organic Compounds are the pollutants frequently found indoor, in hospitals are a serious problem. In this work the aim was to evaluate the microbicidal activity of TiO2-Cu+2@perlite in indoor air (hospitals) disinfection in order to design and build an air filter prototype. Heterogeneous photo-catalysis of TiO2-Cu+2 (1%) catalyst was studied. TiO2-Cu+2 (1%) was synthetized for sol – gel method. Titanium isopropoxide and copper sulphate were used as precursors. TiO2-Cu+2 (1%) was supported in perlites for immersion. The SEM was used to characterize the material, the spherical shape and nanometric size between 50 and 100 nm was observed, forming agglomeration on the surface of the perlite. A photocatalytic filter by the indoor air treatment was designed, using a packet TiO2-Cu+2@perlite Chromaflex cylinder. The filter efficiency was valued in air disinfection of three stomatology hospitals clinics, for this evaluation, air sampling was performed using an Andersen impactor of six levels, the mo´s total concentration was measured. Our results indicate that Gram (+) and Gram (–) bacteria were present in the air. Inhibition of the growth of these bacteria was achieved indoor air 100%. Inhibition test were performed in solution against E. coli, S. aureus y Y. enterocolitica, isolated form air samples, to determine the microbicidal activity of the photocatalyst, the test carried out under dark conditions and visible light condition, the results showed that in dark conditions the material had micobicidal activity for E. coli, S. aureus and Y. enterocoitica, whit an inhibition of 95, 82 and 84%. In visible light condition the inhibition was of 100% for the all mo´s. The same prototype photocatalytic reactor was evaluated in VOC´s removal, used a model pollutant, ethanol. Its degradation was quantified whit chemical methods.