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IT201800007578A1 - PHOTOCATALYTIC MATERIAL INCLUDING A SILICEOUS SUBSTRATE SUPERFICALLY TREATED WITH TITANIUM DIOXIDE PARTICLES, AND ITS USE FOR THE REMOVAL OF POLLUTING PRODUCTS. - Google Patents

PHOTOCATALYTIC MATERIAL INCLUDING A SILICEOUS SUBSTRATE SUPERFICALLY TREATED WITH TITANIUM DIOXIDE PARTICLES, AND ITS USE FOR THE REMOVAL OF POLLUTING PRODUCTS. Download PDF

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Publication number
IT201800007578A1
IT201800007578A1 IT102018000007578A IT201800007578A IT201800007578A1 IT 201800007578 A1 IT201800007578 A1 IT 201800007578A1 IT 102018000007578 A IT102018000007578 A IT 102018000007578A IT 201800007578 A IT201800007578 A IT 201800007578A IT 201800007578 A1 IT201800007578 A1 IT 201800007578A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
particles
titanium dioxide
siliceous substrate
photocatalytic material
suspension
Prior art date
Application number
IT102018000007578A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Eros D'amen
Marco Lelli
Alessandra Turchiarulo
Norberto Roveri
Original Assignee
Bio Eco Active Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bio Eco Active Srl filed Critical Bio Eco Active Srl
Priority to IT102018000007578A priority Critical patent/IT201800007578A1/en
Publication of IT201800007578A1 publication Critical patent/IT201800007578A1/en

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Description

MATERIALE FOTOCATALITICO COMPRENDENTE UN SUBSTRATO SILICEO TRATTATO SUPERFICIALMENTE CON PARTICELLE DI TITANIO BIOSSIDO, E RELATIVO USO PER LA RIMOZIONE DI PRODOTTI INQUINANTI. PHOTOCATALYTIC MATERIAL INCLUDING A SILICEOUS SUBSTRATE SURFACE TREATED WITH TITANIUM DIOXIDE PARTICLES, AND ITS USE FOR THE REMOVAL OF POLLUTING PRODUCTS.

La presente invenzione concerne un materiale fotocatalitico comprendente un substrato siliceo trattato superficialmente con particelle di titanio biossido, e relativo uso per la rimozione di prodotti inquinanti, in particolare da acqua o aria. The present invention relates to a photocatalytic material comprising a siliceous substrate surface treated with particles of titanium dioxide, and relative use for the removal of polluting products, in particular from water or air.

Il titanio biossido è un prodotto ampiamente utilizzato in molteplici ambiti industriali, grazie alla sua stabilità, elevato indice di rifrazione, atossicità e bassi costi. Inoltre, è noto che il titanio biossido ha proprietà di semiconduttore e, quando attivato superficialmente con radiazione di opportuna lunghezza d’onda (in genere radiazione UVA, UVB o UVC), esso genera, sia superficialmente che per diffusione di radicali a cascata, un potenziale ossidante capace di aggredire e decomporre un’ampia gamma di agenti inquinanti, sia organici sia inorganici, che possono essere presenti nell’aria o in mezzi liquidi, ad esempio acque per uso civile o industriale. Titanium dioxide is a product widely used in many industrial fields, thanks to its stability, high refractive index, non-toxicity and low costs. Furthermore, it is known that titanium dioxide has semiconductor properties and, when superficially activated with radiation of a suitable wavelength (generally UVA, UVB or UVC radiation), it generates, both superficially and by diffusion of radical cascades, a oxidizing potential capable of attacking and decomposing a wide range of pollutants, both organic and inorganic, which can be present in the air or in liquid media, such as water for civil or industrial use.

La realizzazione di dispositivi atti alla rimozione di inquinanti secondo il suddetto meccanismo fotocatalitico richiede di disporre del titanio biossido in forma di particelle con elevata area superficiale e in una forma cristallina attiva dal punto di vista fotocatalitico (in particolare la forma anatase). Inoltre, tali particelle devono essere supportate su un opportuno materiale che consenta la realizzazione di filtri o altri mezzi configurati in modo tale da consentire il contatto del fluido da purificare con le particelle di fotocatalizzatore e nel contempo l’illuminazione delle stesse tramite una lampada UV in modo il più possibile omogeneo. The realization of devices suitable for the removal of pollutants according to the aforementioned photocatalytic mechanism requires the availability of titanium dioxide in the form of particles with a high surface area and in a crystalline form which is active from the photocatalytic point of view (in particular the anatase form). Furthermore, these particles must be supported on a suitable material that allows the creation of filters or other means configured in such a way as to allow contact of the fluid to be purified with the photocatalyst particles and at the same time their illumination by means of a UV lamp in as homogeneous as possible.

Una rassegna sull’utilizzo di titanio biossido per la degradazione fotocatalitica di inquinanti organici è riportata nell’articolo di Haoran Dong et al., Water Research, 79 (2015), 128-146, dove si descrivono varie tecniche di stabilizzazione di particelle di titanio biossido su substrati di diversa natura, ad esempio vetro, argille, acciaio, fibre tessili, film plastici, carbone attivo e zeoliti. Gli autori osservano che, nonostante le varie soluzioni proposte, un inconveniente che si osserva a seguito della stabilizzazione su tali supporti è una significativa riduzione dell’attività fotocatalitica del titanio biossido rispetto alle particelle libere, dovuta molto probabilmente a una riduzione della superficie attiva del fotocatalizzatore e dell’attivazione dello stesso da parte della radiazione incidente che è ostacolata dalla massa del supporto su cui il titanio biossido è depositato. A review of the use of titanium dioxide for the photocatalytic degradation of organic pollutants is reported in the article by Haoran Dong et al., Water Research, 79 (2015), 128-146, where various stabilization techniques of titanium particles are described. dioxide on substrates of different nature, for example glass, clays, steel, textile fibers, plastic films, activated carbon and zeolites. The authors note that, despite the various solutions proposed, a drawback that is observed following stabilization on such supports is a significant reduction in the photocatalytic activity of titanium dioxide compared to free particles, most likely due to a reduction in the active surface of the photocatalyst. and its activation by the incident radiation which is hindered by the mass of the support on which the titanium dioxide is deposited.

Nell’articolo di Sung-Bong Yang et al., J. Air & Waste Management Association, 65(3):365-373 (2015), si descrive un processo per la preparazione di titanio biossido, funzionalizzato con ferro, su fibre di vetro flessibili tramite un metodo sol-gel. Il processo prevede la preparazione di una soluzione acida di tetra(n-butil)titanato in acqua/etanolo, a cui viene aggiunto Fe(III) nitrato. Nella soluzione viene quindi immerso un foglio di fibre di vetro. Successivamente il foglio viene asciugato, e il processo di immersione e asciugatura ripetuto per tre volte. Il foglio così trattato viene quindi sottoposto a calcinazione a 400°C, con ottenimento delle fibre di vetro rivestite con Fe-TiO2 in forma cristallina. In the article by Sung-Bong Yang et al., J. Air & Waste Management Association, 65 (3): 365-373 (2015), a process for the preparation of titanium dioxide, functionalized with iron, on fibers of flexible glass using a sol-gel method. The process involves the preparation of an acid solution of tetra (n-butyl) titanate in water / ethanol, to which Fe (III) nitrate is added. A sheet of glass fibers is then immersed in the solution. The sheet is then dried, and the dipping and drying process repeated three times. The sheet thus treated is then subjected to calcination at 400 ° C, obtaining glass fibers coated with Fe-TiO2 in crystalline form.

Nel brevetto US 8.617.300 si descrive un mezzo filtrante avente attività fotocatalitica con spessore di almeno 2 mm, omogeneo e privo di fori visibili ad occhio nudo, che comprende un feltro di fibre inorganiche rivestite con uno strato di un fotocatalizzatore. Quest’ultimo può essere scelto tra TiO2, ZnO e CeO2, mentre le fibre inorganiche possono essere fibre di vetro, di materiale ceramico oppure di silice pura (quarzo). Per la realizzazione del rivestimento con il fotocatalizzatore, le fibre vengono impregnate con una soluzione di un precursore organico della silice (in particolare un tetraalchil ortosilicato in miscela con un alcossisilano) e una dispersione di particelle del fotocatalizzatore. Le fibre così impregnate vengono quindi sottoposte a calcinazione ad una temperatura fino a 550°C, preferibilmente di 450°C. In tal modo si ottiene sulle fibre uno strato ceramico a base di silice in cui sono disperse le particelle di fotocatalizzatore. Patent US 8,617,300 describes a filter medium having photocatalytic activity with a thickness of at least 2 mm, homogeneous and without holes visible to the naked eye, which comprises a felt of inorganic fibers coated with a layer of a photocatalyst. The latter can be chosen from TiO2, ZnO and CeO2, while the inorganic fibers can be glass fibers, ceramic material or pure silica (quartz). For the realization of the coating with the photocatalyst, the fibers are impregnated with a solution of an organic precursor of silica (in particular a tetraalkyl orthosilicate mixed with an alkoxysilane) and a dispersion of particles of the photocatalyst. The fibers thus impregnated are then subjected to calcination at a temperature up to 550 ° C, preferably 450 ° C. In this way, a silica-based ceramic layer is obtained on the fibers in which the photocatalyst particles are dispersed.

La Richiedente si è posta il problema di ottenere un materiale fotocatalitico in cui particelle di titanio biossido sono supportate su un substrato siliceo, in modo tale da garantire una elevata attività fotocatalitica che rimanga sostanzialmente stabile nel tempo anche senza l’utilizzo di leganti, matrici o adesivi per le particelle di titanio biossido. The Applicant has set itself the problem of obtaining a photocatalytic material in which particles of titanium dioxide are supported on a siliceous substrate, in such a way as to guarantee a high photocatalytic activity which remains substantially stable over time even without the use of binders, matrices or adhesives for titanium dioxide particles.

Questi e ulteriori obiettivi che verranno meglio illustrati nel seguito sono stati raggiunti dalla Richiedente tramite la deposizione di particelle di titanio biossido tramite eterocoagulazione sul substrato siliceo. Ciò consente di evitare successivi trattamenti termici, come ad esempio processi di calcinazione, che avrebbero inevitabilmente l’effetto di ridurre in modo significativo l’area superficiale e quindi l’attività del fotocatalizzatore. These and further objectives which will be better illustrated in the following have been achieved by the Applicant through the deposition of particles of titanium dioxide by means of heterocoagulation on the siliceous substrate. This allows you to avoid subsequent heat treatments, such as calcination processes, which would inevitably have the effect of significantly reducing the surface area and therefore the activity of the photocatalyst.

Come è noto il fenomeno della eterocoagulazione consente di legare tra loro particelle di diversa natura, grazie all’attrazione elettrostatica che si genera quando i diversi materiali hanno cariche superficiali opposte, ovvero potenziali zeta (ζ) di segno opposto. A tale proposito si veda ad esempio P. Kralchevsky, R. Miller, F. Ravera, “Colloid and Interface Chemistry for Nanotechnology”, CRC Press (2013), pagina 148. As is known, the phenomenon of heterocoagulation allows particles of different nature to be bound together, thanks to the electrostatic attraction that is generated when the different materials have opposite surface charges, or zeta potentials (ζ) of opposite sign. In this regard, see for example P. Kralchevsky, R. Miller, F. Ravera, “Colloid and Interface Chemistry for Nanotechnology”, CRC Press (2013), page 148.

La Richiedente ha sorprendentemente trovato che particelle di titanio biossido sono in grado di legarsi in modo stabile ad un supporto siliceo grazie a questo fenomeno, il quale viene ulteriormente favorito dalla microrugosità superficiale del supporto stesso che ha dimensioni maggiori delle particelle di fotocatalizzatore. Senza per questo volersi legare ad una teoria interpretativa, la Richiedente ritiene che una parziale natura amorfa delle particelle di titanio biossido consenta inoltre di generare nel tempo legami covalenti stabili tramite condensazione delle loro funzioni ossidriliche superficiali con quelle libere del supporto siliceo. Ciò porta all’ottenimento di una funzionalizzazione particolarmente stabile della superficie del substrato da parte delle particelle di fotocatalizzatore. Inoltre, la Richiedente ha trovato che, a differenza dei processi dell’arte nota, non è necessario sottoporre il titanio biossido a densificazione tramite calcinazione ad alta temperatura (in genere a circa 500 °C), né prima, né dopo la deposizione sul substrato: ciò consente di ottenere valori di area superficiale specifica particolarmente elevati. Tali valori elevati, uniti al fatto che le particelle di fotocatalizzatore non sono intrappolate in una matrice, ma pienamente esposte all’esterno e ben disperse sulla superficie, contribuisce ad aumentarne la resa catalitica. The Applicant has surprisingly found that particles of titanium dioxide are able to bind stably to a siliceous support thanks to this phenomenon, which is further favored by the surface micro-roughness of the support itself, which has a larger size than the photocatalyst particles. Without wishing to bind to an interpretative theory, the Applicant believes that a partial amorphous nature of the titanium dioxide particles also allows to generate stable covalent bonds over time by condensing their surface hydroxyl functions with the free ones of the siliceous support. This leads to obtaining a particularly stable functionalization of the substrate surface by the photocatalyst particles. Furthermore, the Applicant has found that, unlike the processes of the known art, it is not necessary to subject the titanium dioxide to densification by calcination at a high temperature (generally at about 500 ° C), neither before nor after the deposition on the substrate. : this allows to obtain particularly high specific surface area values. These high values, combined with the fact that the photocatalyst particles are not trapped in a matrix, but fully exposed to the outside and well dispersed on the surface, help to increase the catalytic yield.

Pertanto, secondo un primo aspetto, la presente invenzione riguarda un materiale fotocatalitico comprendente un substrato siliceo avente almeno una superficie su cui sono presenti particelle di titanio biossido, dette particelle essendo adese alla superficie tramite eterocoagulazione e tali particelle aventi un grado di cristallinità da 60% a 90%, preferibilmente da 70% a 85%, più preferibilmente da 80% a 85%. Therefore, according to a first aspect, the present invention relates to a photocatalytic material comprising a siliceous substrate having at least one surface on which particles of titanium dioxide are present, said particles being adhered to the surface by heterocoagulation and such particles having a degree of crystallinity of 60% to 90%, preferably from 70% to 85%, more preferably from 80% to 85%.

Il grado di cristallinità può essere determinato tramite metodi noti nel settore, ad esempio tramite analisi dello spettro di diffrazione di raggi X, calcolando il rapporto tra l’area del picco (o dei picchi) corrispondente/i alla fase cristallina e l’area dovuta al fondo (background). Il grado di cristallinità può essere determinato ad esempio mediante il metodo descritto nello standard ISO 13778-3:2008. The degree of crystallinity can be determined by methods known in the art, for example by analysis of the X-ray diffraction spectrum, by calculating the ratio between the area of the peak (or peaks) corresponding to the crystalline phase and the area due at the bottom (background). The degree of crystallinity can be determined for example by the method described in the ISO 13778-3: 2008 standard.

Preferibilmente, le particelle di titanio biossido presentano un’area superficiale specifica da 150 m<2>/g a 400 m<2>/g, più preferibilmente da 200 m<2>/g a 350 m<2>/g. Preferably, the titanium dioxide particles have a specific surface area from 150 m <2> / g to 400 m <2> / g, more preferably from 200 m <2> / g to 350 m <2> / g.

L’area superficiale specifica può essere determinata tramite metodi noti nel settore, ad esempio tramite BET (ISO 9277:2010), su particelle libere, prima della loro adesione sul substrato. The specific surface area can be determined using methods known in the industry, for example through BET (ISO 9277: 2010), on free particles, before their adhesion to the substrate.

L’equazione di Scherrer (Scherrer, P., Göttinger Nachrichten Gesell., Vol. 2, 1918, p 98) permette di stimare la dimensione dei centri di diffrazione delle suddette particelle di titanio biossido presenti sul substrato siliceo, a partire dall’analisi dei picchi di diffrazione. Questo valore può essere correlato anche al grado di regolarità dei cristalliti che formano le particelle. Nel caso della presente invenzione, in cui tale valore è relativamente basso, esso è relazionabile anche alla parziale natura amorfa delle particelle. The Scherrer equation (Scherrer, P., Göttinger Nachrichten Gesell., Vol. 2, 1918, p 98) allows to estimate the size of the diffraction centers of the above titanium dioxide particles present on the siliceous substrate, starting from the analysis of the diffraction peaks. This value can also be related to the degree of regularity of the crystallites that form the particles. In the case of the present invention, in which this value is relatively low, it can also be related to the partial amorphous nature of the particles.

Preferibilmente, le particelle di titanio biossido presenti sul substrato siliceo presentano una dimensione dei centri di diffrazione da 50 a 150 Å, più preferibilmente da 50 a 80 Å. Preferably, the titanium dioxide particles present on the siliceous substrate have a diffraction center size of from 50 to 150 Å, more preferably from 50 to 80 Å.

Come accennato sopra, la dimensione dei centri di diffrazione può essere determinata mediante l’equazione di Scherrer, come noto al tecnico del ramo (Scherrer, P. 1918). As mentioned above, the size of the diffraction centers can be determined using the Scherrer equation, as known to the skilled in the art (Scherrer, P. 1918).

Una particolarità del materiale fotocatalitico della presente invenzione è inoltre quella di non creare un film continuo coprente, ma presentare una distribuzione spaziale delle particelle di titanio biossido sul substrato siliceo potenzialmente discontinua, tale che la suddetta superficie del substrato presenta aree di superficie esposta. Si riscontra inoltre la presenza di aggregati, come mostrato dalle immagini al microscopio elettronico a scansione delle Figure 3 e 4a. Inoltre, la distribuzione delle particelle di fotocatalizzatore, pur essendo discontinua, è sostanzialmente omogenea sulla superficie del substrato, come mostrato dalla Figura 4b, che riporta un'analisi composizionale puntuale (ottenuta tramite sonda EDS) in cui si osserva il segnale del titanio nello spettro di emissione. A particularity of the photocatalytic material of the present invention is also that of not creating a continuous covering film, but exhibiting a potentially discontinuous spatial distribution of the titanium dioxide particles on the siliceous substrate, such that the aforementioned surface of the substrate has exposed surface areas. The presence of aggregates is also found, as shown by the scanning electron microscope images of Figures 3 and 4a. Furthermore, the distribution of the photocatalyst particles, although discontinuous, is substantially homogeneous on the surface of the substrate, as shown in Figure 4b, which reports a point compositional analysis (obtained by means of an EDS probe) in which the titanium signal is observed in the spectrum of issue.

La distribuzione discontinua descritta sopra conferisce alle particelle di titanio biossido adese al substrato un’area superficiale esposta (vale a dire, disponibile per l’attività fotocatalitica) delle particelle particolarmente alta, ed in ogni caso superiore rispetto a quella che si avrebbe se la stessa quantità in peso delle stesse particelle fosse distribuita in forma di strato continuo e di spessore uniforme sulla superficie del substrato, come avviene ad esempio nel caso in cui un precursore del fotocatalizzatore sia sottoposto a processi di calcinazione dopo la deposizione. The discontinuous distribution described above gives the particles of titanium dioxide adhering to the substrate a particularly high surface area exposed (that is, available for the photocatalytic activity) of the particles, and in any case higher than that which would occur if the same quantity by weight of the same particles were distributed in the form of a continuous layer of uniform thickness on the surface of the substrate, as occurs for example in the case in which a precursor of the photocatalyst is subjected to calcination processes after deposition.

Nell’arte nota, un’alta attività fotocatalitica è solitamente associata a un alto grado di cristallinità delle particelle (si veda Yang et al. 2015), alla loro uniformità di distribuzione e all’assenza di fenomeni di aggregazione (Dong et al. 2015, paragrafo 3.3.). In the prior art, a high photocatalytic activity is usually associated with a high degree of crystallinity of the particles (see Yang et al. 2015), their uniformity of distribution and the absence of aggregation phenomena (Dong et al. 2015) , paragraph 3.3.).

E’ stato adesso sorprendentemente trovato che è possibile ottenere un’alta attività fotocatalitica, confrontabile o anche superiore a quella riportata dall’arte nota utilizzando particelle di biossido di titanio aventi un grado relativamente basso di cristallinità, in particolar modo quando distribuite in modo discontinuo sulla superficie del substrato. Come già visto sopra, il basso grado di cristallinità permette inoltre l’adesione delle particelle anche in assenza di stabilizzanti, leganti, matrici o adesivi per le particelle di titanio biossido e senza necessità di sottoporre il substrato a calcinazione. It has now been surprisingly found that it is possible to obtain a high photocatalytic activity, comparable or even higher than that reported by the known art, by using titanium dioxide particles having a relatively low degree of crystallinity, especially when distributed discontinuously on the substrate surface. As already seen above, the low degree of crystallinity also allows the adhesion of the particles even in the absence of stabilizers, binders, matrices or adhesives for the titanium dioxide particles and without the need to subject the substrate to calcination.

Preferibilmente, le particelle di titanio biossido hanno un diametro mediano (d50) in sospensione acquosa da 100 nm a 500 nm, più preferibilmente da 200 nm a 400 nm. Il diametro mediano può essere determinato tramite metodi noti nel settore, ad esempio tramite diffusione dinamica della luce (DLS), secondo la norma ISO 22412 (2008). Come è noto, d50 è il valore mediano, cioè il valore del diametro al di sotto del quale si trova il 50% in peso della popolazione delle particelle (si veda "A Guidebook to Particle Size Analysis" pubblicato da Horiba Instruments Inc. - 2016, reperibile su https://www.horiba.com/fileadmin/uploads/ Scientific/eMag/PSA/Guidebook/pdf/PSA_Guidebook.pdf). Preferably, the titanium dioxide particles have a median diameter (d50) in aqueous suspension from 100 nm to 500 nm, more preferably from 200 nm to 400 nm. The median diameter can be determined by methods known in the art, for example by dynamic light scattering (DLS), according to ISO 22412 (2008). As is known, d50 is the median value, i.e. the diameter value below which 50% by weight of the particle population is found (see "A Guidebook to Particle Size Analysis" published by Horiba Instruments Inc. - 2016 , available at https://www.horiba.com/fileadmin/uploads/ Scientific / eMag / PSA / Guidebook / pdf / PSA_Guidebook.pdf).

Tramite analisi al microscopio elettronico a trasmissione (TEM), si può notare che in realtà le particelle di titanio biossido sono costituite da aggregati delle dimensioni sopra indicate di cristalliti aventi dimensioni nanometriche, generalmente da 5 nm a 80 nm, preferibilmente da 10 nm a 50 nm, più preferibilmente da 20 nm a 40 nm. Through transmission electron microscope (TEM) analysis, it can be seen that in reality the titanium dioxide particles are made up of aggregates of the above mentioned dimensions of crystallites having nanometric dimensions, generally from 5 nm to 80 nm, preferably from 10 nm to 50 nm, more preferably 20 nm to 40 nm.

Per quanto riguarda la forma cristallina del titanio biossido, questa è prevalentemente in forma anatase, eventualmente in miscela con altre forme cristalline, in particolare con brookite: in questo caso il rapporto in peso tra anatase e brookite è preferibilmente da 60/40 a 95/5, più preferibilmente da 70/30 a 90/10. As regards the crystalline form of titanium dioxide, this is mainly in anatase form, possibly in a mixture with other crystalline forms, in particular with brookite: in this case the weight ratio between anatase and brookite is preferably from 60/40 to 95 / 5, more preferably 70/30 to 90/10.

E’ stato infatti osservato che una miscela di anatase e brookite incrementa la fotoattività delle particelle rispetto alla medesima quantità della sola forma anatase. It has in fact been observed that a mixture of anatase and brookite increases the photoactivity of the particles compared to the same amount of the anatase form alone.

Per quanto riguarda il substrato siliceo, questo può essere scelto preferibilmente tra: silice amorfa, silice cristallina, silice pirogenica, silice fusa (fused silica), quarzo, silicati (ad esempio fillosilicati), preferibilmente silice amorfa. As regards the siliceous substrate, this can be preferably selected from: amorphous silica, crystalline silica, fumed silica, fused silica, quartz, silicates (for example phyllosilicates), preferably amorphous silica.

Preferibilmente il substrato siliceo è in forma di fibre o di granuli, ancor più preferibilmente in forma di tessuti o tessuti-non-tessuti di fibre silicee, in particolare fibre di vetro o di quarzo. Per quanto riguarda il vetro, come noto questo è principalmente formato da silice in miscela con altri ossidi, ad esempio Al2O3, CaO, MgO, Na2O3, B2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, e altri. Preferably the siliceous substrate is in the form of fibers or granules, even more preferably in the form of fabrics or non-woven fabrics of silica fibers, in particular glass or quartz fibers. As far as glass is concerned, it is known that it is mainly formed by silica mixed with other oxides, for example Al2O3, CaO, MgO, Na2O3, B2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, and others.

Come accennato sopra, il substrato siliceo deve supportare le particelle di catalizzatore permettendo la realizzazione di filtri o altri mezzi configurati in modo tale da migliorare il contatto del fluido da purificare con le particelle di fotocatalizzatore e nel contempo consentire l’illuminazione delle stesse tramite una lampada UV. As mentioned above, the siliceous substrate must support the catalyst particles allowing the creation of filters or other means configured in such a way as to improve the contact of the fluid to be purified with the photocatalyst particles and at the same time allow their illumination by means of a lamp. UV.

In una forma di realizzazione preferita, il substrato siliceo è un tessuto di fibre di vetro avente una grammatura da 100 a 1000 g/m<2>, più preferibilmente da 100 a 900 g/m<2>, ancora più preferibilmente da 100 a 300 g/m<2>. In a preferred embodiment, the siliceous substrate is a glass fiber fabric having a grammage from 100 to 1000 g / m <2>, more preferably from 100 to 900 g / m <2>, even more preferably from 100 to 300 g / m <2>.

E’ nelle capacità del tecnico del ramo modulare la grammatura a seconda del substrato siliceo selezionato, per ottenere caratteristiche specifiche di contatto con il fluido e illuminazione. The weight according to the selected siliceous substrate is within the skills of the skilled in the art to obtain specific characteristics of contact with the fluid and lighting.

Preferibilmente, il materiale fotocatalitico comprende un tessuto di fibre di vetro avente una grammatura da 100 a 300 g/m<2>, preferibilmente da 150 a 250 g/m<2>, più preferibilmente circa 200 g/m<2>, e le particelle di titanio biossido sono presenti sul tessuto in una quantità, in percentuale in peso rispetto al peso del tessuto tal quale, da 0,5 a 5%, preferibilmente da 1 a 3%, più preferibilmente di circa il 2%. Preferably, the photocatalytic material comprises a glass fiber fabric having a grammage from 100 to 300 g / m <2>, preferably from 150 to 250 g / m <2>, more preferably about 200 g / m <2>, and the particles of titanium dioxide are present on the fabric in an amount, in percentage by weight with respect to the weight of the fabric as such, from 0.5 to 5%, preferably from 1 to 3%, more preferably about 2%.

Secondo un altro aspetto, la presente invenzione riguarda un processo per la produzione di un materiale fotocatalitico come sopra descritto, che comprende: According to another aspect, the present invention relates to a process for the production of a photocatalytic material as described above, which comprises:

predisporre una sospensione di particelle di titanio biossido in un mezzo idroalcolico ad un valore di pH da 3 a 7; preparing a suspension of titanium dioxide particles in a hydroalcoholic medium at a pH value from 3 to 7;

immergere in detta sospensione un substrato siliceo ad una temperatura della sospensione da 0 a 80 °C, preferibilmente da 10 a 70 °C, così da ottenere una eterocoagulazione delle particelle di titanio biossido sul substrato siliceo; immersing a siliceous substrate in said suspension at a suspension temperature of from 0 to 80 ° C, preferably from 10 to 70 ° C, so as to obtain heterocoagulation of the titanium dioxide particles on the siliceous substrate;

lavare e asciugare il substrato siliceo così trattato. wash and dry the siliceous substrate thus treated.

Preferibilmente la fase di immersione viene realizzata almeno due volte in successione, ogni fase di immersione essendo separata dalla successiva da una fase di asciugatura del substrato siliceo. In tal modo è possibile incrementare gradualmente la saturazione dello strato di titanio biossido fino ad ottenere il valore desiderato. Preferably, the dipping step is carried out at least twice in succession, each dipping step being separated from the next by a drying step of the siliceous substrate. In this way it is possible to gradually increase the saturation of the titanium dioxide layer until the desired value is obtained.

In genere sono sufficienti due immersioni per ottenere la saturazione completa del substrato siliceo. Two immersions are usually sufficient to achieve complete saturation of the siliceous substrate.

Preferibilmente, nella fase di immergere nella sospensione un substrato siliceo, la temperatura è da 15 a 60 °C. Preferably, in the step of immersing a siliceous substrate in the suspension, the temperature is from 15 to 60 ° C.

Come già accennato sopra, l’eterocoagulazione consente di legare tra loro particelle di diversa natura, grazie all’attrazione elettrostatica che si genera quando i diversi materiali hanno cariche superficiali opposte, ovvero potenziali zeta (ζ) di segno opposto. As already mentioned above, heterocoagulation allows you to bind particles of different nature to each other, thanks to the electrostatic attraction that is generated when the different materials have opposite surface charges, or zeta potentials (ζ) of opposite sign.

E’ stato osservato dalla Richiedente che quando la sospensione di particelle del processo dell’invenzione presenta un pH da 3 a 7, il potenziale zeta delle particelle è positivo. In questo stesso intervallo di pH, il substrato siliceo presenta invece un potenziale zeta negativo. La marcata differenza di potenziale zeta che si osserva nel suddetto intervallo di pH tra le particelle e il substrato è tale da favorire, nella fase di eterocoagulazione, la loro reciproca attrazione elettrostatica, e quindi la formazione tra loro di legami particolarmente stabili. It has been observed by the Applicant that when the suspension of particles of the process of the invention has a pH from 3 to 7, the zeta potential of the particles is positive. In this same pH range, the siliceous substrate has a negative zeta potential instead. The marked difference in zeta potential that is observed in the aforementioned pH range between the particles and the substrate is such as to favor, in the heterocoagulation phase, their mutual electrostatic attraction, and therefore the formation of particularly stable bonds between them.

Il potenziale zeta può essere misurato secondo metodi noti nel settore, come ad esempio secondo la norma ISO 13099-2:2012, con l’utilizzo dello strumento ottico DLS (“Dynamic light scattering”, diffusione dinamica laser). The zeta potential can be measured according to methods known in the industry, such as according to the ISO 13099-2: 2012 standard, with the use of the DLS optical instrument ("Dynamic light scattering").

Senza per questo volersi legare ad alcuna teoria interpretativa, si ritiene che la parziale natura amorfa delle particelle, che comporta la presenza superficiale di un numero relativamente alto di gruppi reattivi –OH determini, nel range di pH indicato, un valore di potenziale zeta particolarmente alto. Come già osservato sopra, la presenza di un numero relativamente alto di funzioni ossidriliche superficiali, a sua volta, comporterebbe la notevole capacità delle particelle di aderire al supporto siliceo tramite eterocoagulazione, anche in assenza di stabilizzanti, tensioattivi, o altri additivi, e allo stesso tempo determina l’alta reattività delle particelle di titanio biossido secondo l’invenzione. Without wishing to bind to any interpretative theory, it is believed that the partial amorphous nature of the particles, which involves the surface presence of a relatively high number of reactive -OH groups, determines, in the indicated pH range, a particularly high zeta potential value. . As already noted above, the presence of a relatively high number of surface hydroxyl functions, in turn, would entail the remarkable ability of the particles to adhere to the siliceous support through heterocoagulation, even in the absence of stabilizers, surfactants, or other additives, and at the same time determines the high reactivity of the titanium dioxide particles according to the invention.

Preferibilmente, prima di immergere nella sospensione il substrato siliceo, quest’ultimo è trattato con una soluzione basica. Preferably, before immersing the siliceous substrate in the suspension, the latter is treated with a basic solution.

In seguito al trattamento con la soluzione basica e prima della fase di immersione nella sospensione del substrato siliceo, quest’ultimo è sottoposto a lavaggio per rimuovere i residui di soluzione basica. Following the treatment with the basic solution and before the immersion phase in the suspension of the siliceous substrate, the latter is subjected to washing to remove the residues of the basic solution.

Il trattamento con la soluzione basica, aumentando il numero di gruppi –OH disponibili, ha infatti l’effetto di aumentare il valore assoluto del potenziale zeta (negativo) della superficie, e di permettere quindi una maggiore adesione delle particelle di titanio biossido sulla superficie del substrato. The treatment with the basic solution, by increasing the number of available -OH groups, has the effect of increasing the absolute value of the (negative) zeta potential of the surface, and therefore allowing greater adhesion of the titanium dioxide particles on the surface of the substrate.

Preferibilmente, tale soluzione basica comprende una base forte, più preferibilmente scelta tra idrossido di potassio, di sodio, di calcio, o loro miscele. Preferably, this basic solution comprises a strong base, more preferably selected from potassium, sodium, calcium hydroxide, or mixtures thereof.

Preferibilmente, tale soluzione basica presenta un pH da 7,5 a 14, più preferibilmente da 8 a 12. Preferably, this basic solution has a pH from 7.5 to 14, more preferably from 8 to 12.

Preferibilmente, il mezzo idroalcolico in cui sono disperse le particelle di titanio biossido è costituito da una miscela di acqua con un alcol, più preferibilmente con isopropanolo. L’isopropanolo è particolarmente preferito in quanto è completamente miscibile con acqua e ciononostante è dotato di un basso momento dipolare che conferisce alla miscela con acqua una costante dielettrica relativamente bassa, la quale favorisce il processo di eterocoagulazione del titanio biossido. Preferably, the hydroalcoholic medium in which the titanium dioxide particles are dispersed consists of a mixture of water with an alcohol, more preferably with isopropanol. Isopropanol is particularly preferred as it is completely miscible with water and nevertheless has a low dipolar moment which gives the mixture with water a relatively low dielectric constant, which favors the heterocoagulation process of titanium dioxide.

Le particelle di titanio biossido sono presenti nella sospensione in una concentrazione, in percentuale in peso sul volume della sospensione, generalmente da 0,1 a 5%, preferibilmente da 0,5 a 5%, più preferibilmente da 1 a 3%. The titanium dioxide particles are present in the suspension in a concentration, in percentage by weight on the volume of the suspension, generally from 0.1 to 5%, preferably from 0.5 to 5%, more preferably from 1 to 3%.

Preferibilmente, secondo il processo dell’invenzione, il substrato siliceo non è sottoposto, dopo la fase di immersione, a una fase di trattamento termico, in particolare di densificazione. Ciò garantisce un’elevata area superficiale specifica del fotocatalizzatore e quindi una migliorata resa catalitica dello stesso. Preferably, according to the process of the invention, the siliceous substrate is not subjected, after the immersion step, to a heat treatment step, in particular of densification. This guarantees a high specific surface area of the photocatalyst and therefore an improved catalytic yield of the same.

Il processo di produzione di un materiale fotocatalitico secondo la presente invenzione risulta quindi semplificato rispetto ai processi convenzionali dell’arte nota. The production process of a photocatalytic material according to the present invention is therefore simplified compared to the conventional processes of the known art.

In accordo con la presente invenzione, la sospensione di particelle di titanio biossido è preferibilmente ottenuta tramite idrolisi di una soluzione di un titanio alcolato Ti(OR)4, dove R è un alchile C1-C6, lineare o ramificato, in un mezzo acquoso, preferibilmente lo stesso mezzo acquoso utilizzato successivamente per il processo di eterocoagulazione, così da poter utilizzare direttamente la sospensione di titanio biossido ottenuto dall’idrolisi, senza dover sottoporre le particelle di fotocatalizzatore a isolamento dal solvente di idrolisi e successiva ridispersione nel solvente di eterocoagulazione, che può causare indesiderati fenomeni di aggregazione. Preferibilmente, R è metile, etile, n-propile, i-propile, n-butile, ibutile, t-butile, n-pentile, i-pentile, n-esile, iesile. La reazione di idrolisi viene preferibilmente condotta ad una temperatura da 40°C a 100°C, più preferibilmente da 70°C a 95°C. In accordance with the present invention, the suspension of titanium dioxide particles is preferably obtained by hydrolysis of a solution of an alcoholic titanium Ti (OR) 4, where R is a C1-C6 alkyl, linear or branched, in an aqueous medium, preferably the same aqueous medium used subsequently for the heterocoagulation process, so as to be able to directly use the titanium dioxide suspension obtained from hydrolysis, without having to subject the photocatalyst particles to isolation from the hydrolysis solvent and subsequent redispersion in the heterocoagulation solvent, which it can cause unwanted aggregation phenomena. Preferably, R is methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, ibutyl, t-butyl, n-pentyl, i-pentyl, n-hexyl, ihexyl. The hydrolysis reaction is preferably carried out at a temperature from 40 ° C to 100 ° C, more preferably from 70 ° C to 95 ° C.

Preferibilmente, la reazione di idrolisi viene realizzata tramite gocciolamento di una soluzione del titanio alcolato in un alcol C1-C6 in acqua mantenuta sotto agitazione ad una temperatura entro gli intervalli sopra definiti. Al termine del gocciolamento, la sospensione di titanio biossido viene mantenuta sotto agitazione ad una temperature entro detti intervalli, per un tempo variabile da 0,5 ore a 5 ore, preferibilmente da 1 ora a 3 ore. Preferably, the hydrolysis reaction is carried out by dropping a solution of the titanium alcohol in a C1-C6 alcohol in water maintained under stirring at a temperature within the above defined ranges. At the end of the dripping, the titanium dioxide suspension is kept under stirring at a temperature within said intervals, for a time ranging from 0.5 hours to 5 hours, preferably from 1 hour to 3 hours.

Tale processo di idrolisi viene dunque realizzato, in modo semplice, senza l’ausilio di catalizzatori acidi o basici, i quali possono inquinare il fotocatalizzatore e diminuirne l’attività, e porta all’ottenimento di una sospensione di titanio biossido altamente fotoattivo. Tale sospensione può essere utilizzata tal quale per la fase di eterocoagulazione, senza la necessità di alcun trattamento termico. This hydrolysis process is therefore carried out, in a simple way, without the aid of acid or basic catalysts, which can pollute the photocatalyst and decrease its activity, and leads to the obtainment of a highly photoactive titanium dioxide suspension. This suspension can be used as it is for the heterocoagulation step, without the need for any heat treatment.

E’ importante notare che la deposizione di particelle di titanio biossido su un supporto siliceo consente di ottenere un materiale fotocatalitico particolarmente attivo, grazie al fatto che la silice del supporto agisce da filtro adsorbendo le specie molecolari presenti nell’ambiente così da agevolare l’azione demolitrice del fotocatalizzatore. La silice amorfa inoltre, essendo igroscopica, funge da riserva di molecole di acqua che sono utili alla formazione di radicali ossidrile (OH·), i quali partecipano al processo di decomposizione, aumentando dunque la resa fotocatalitica soprattutto nel caso di fotocatalisi eterogenea solido-gas con bassi valori di umidità relativa, cioè ambienti particolarmente secchi. It is important to note that the deposition of titanium dioxide particles on a siliceous support allows to obtain a particularly active photocatalytic material, thanks to the fact that the silica of the support acts as a filter by adsorbing the molecular species present in the environment so as to facilitate the action. demolition of the photocatalyst. Furthermore, being hygroscopic, amorphous silica acts as a reserve of water molecules which are useful for the formation of hydroxyl radicals (OH), which participate in the decomposition process, thus increasing the photocatalytic yield especially in the case of heterogeneous solid-gas photocatalysis. with low relative humidity values, i.e. particularly dry environments.

L’area superficiale relativamente alta delle particelle di titanio biossido contribuisce a incrementare l’adesione delle particelle sul substrato. The relatively high surface area of the titanium dioxide particles helps to increase the adhesion of the particles to the substrate.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

La Figura 1 rappresenta uno spettro di diffrazione di raggi X ottenuto dalle particelle di titanio biossido dell’Esempio 1, secondo l’invenzione (in nero). La Figura mostra inoltre, a scopo di confronto, lo spettro di diffrazione di raggi X ottenuto da un Titanio Biossido molto cristallino costituito unicamente da fase anatase (Brenntag S.p.A., Germania)(in grigio). Figure 1 represents an X-ray diffraction spectrum obtained from the titanium dioxide particles of Example 1, according to the invention (in black). The Figure also shows, for comparison purposes, the X-ray diffraction spectrum obtained from a very crystalline Titanium Dioxide consisting solely of anatase phase (Brenntag S.p.A., Germany) (in gray).

La Figura 2 è un grafico che mostra la distribuzione dimensionale, espressa in nanometri (d. nm), da analisi DLS (“dynamic light scattering”, determinata secondo la norma ISO 22412:2008) sulle particelle in sospensione dell’Esempio 1, secondo l’invenzione. Figure 2 is a graph showing the dimensional distribution, expressed in nanometers (d. Nm), from DLS ("dynamic light scattering" analysis, determined according to ISO 22412: 2008) on the suspended particles of Example 1, according to the invention.

Le Figure 3a, 3b e 3c sono immagini da microscopia elettronica a scansione (SEM) delle fibre di vetro caricate con particelle di titanio biossido secondo l’Esempio 1. Figures 3a, 3b and 3c are scanning electron microscopy (SEM) images of glass fibers loaded with particles of titanium dioxide according to Example 1.

La Figura 4a è un’ulteriore immagine da microscopia elettronica a scansione (SEM) delle fibre di vetro caricate con particelle di titanio biossido secondo l’Esempio 1. La Figura 4b è un’immagine di mappatura elementare per l’elemento Titanio ottenuta sul medesimo particolare della figura 4a tramite sonda EDS (“Energy Dispersive Spectrometry”, spettrometria per dispersione di energia) che equipaggia il microscopio elettronico; l’immagine dimostra la distribuzione omogenea del catalizzatore sulle fibre di supporto. Figure 4a is a further scanning electron microscopy (SEM) image of the glass fibers loaded with titanium dioxide particles according to Example 1. Figure 4b is an elementary mapping image for the element Titanium obtained on the same detail of figure 4a by means of an EDS probe (“Energy Dispersive Spectrometry”, spectrometry for energy dispersion) which equips the electron microscope; the image demonstrates the homogeneous distribution of the catalyst on the support fibers.

La Figura 5a mostra gli spettri di emissione per la lampada tal quale dell’Esempio 2 (“lampada 9 W”), filtrata da uno strato del tessuto di fibra secondo l’Esempio 2 (“1 strato”), e da due strati del tessuto di fibra (“2 strati”). La Figura 5b mostra un dettaglio in corrispondenza del picco di emissione della lampada, incentrato a 254 nm di lunghezza d’onda. Figure 5a shows the emission spectra for the lamp as is of Example 2 ("9 W lamp"), filtered by a layer of the fiber fabric according to Example 2 ("1 layer"), and by two layers of the fiber fabric ("2 layers"). Figure 5b shows a detail at the emission peak of the lamp, centered at a wavelength of 254 nm.

La Figura 6 è un grafico che riassume i risultati dell’Esempio 3. Figure 6 is a graph that summarizes the results of Example 3.

La Figura 7a riassume i risultati dell’Esempio 4 in termini di VOC assoluto. La Figura 7b riassume i risultati dell’Esempio 4 in termini di VOC percentuale (VOC: composti organici volatili (“volatile organic compounds”)). Figure 7a summarizes the results of Example 4 in terms of absolute VOC. Figure 7b summarizes the results of Example 4 in terms of percentage VOC (VOC: volatile organic compounds ("volatile organic compounds")).

I seguenti esempi di realizzazione sono forniti a mero scopo illustrativo della presente invenzione e non devono essere intesi in senso limitativo dell’ambito di protezione definito dalle accluse rivendicazioni. The following embodiment examples are provided for illustrative purposes only of the present invention and should not be construed as limiting the scope of protection defined by the attached claims.

ESEMPIO 1 EXAMPLE 1

Preparazione di un tessuto in fibra di vetro fotocatalitico Preparation of a photocatalytic glass fiber fabric

E’ stata preparata una sospensione di particelle di titanio biossido secondo un metodo di sintesi sol-gel nel seguente modo. A suspension of titanium dioxide particles was prepared according to a sol-gel synthesis method as follows.

In un pallone da 500 ml, sono stati riscaldati 148 ml di acqua bidistillata fino a 80 °C. A parte, 16 ml di titanio isopropossido sono stati disciolti a freddo in 47 ml di 2-propanolo, avendo cura di minimizzare il contatto della soluzione con l’umidità ambientale. In a 500 ml flask, 148 ml of double distilled water were heated up to 80 ° C. Separately, 16 ml of titanium isopropoxide were dissolved cold in 47 ml of 2-propanol, taking care to minimize the contact of the solution with ambient humidity.

La fase alcolica è stata quindi fatta gocciolare lentamente (4 ml/min) nell’acqua, mantenuta sotto agitazione modesta a 80 °C, in assenza di catalizzatori acidi o basici. The alcoholic phase was then slowly dripped (4 ml / min) into the water, kept under modest stirring at 80 ° C, in the absence of acidic or basic catalysts.

Una volta terminato il gocciolamento, la sospensione è stata mantenuta in agitazione e a temperatura per 2 ore. Once the dripping was finished, the suspension was kept under stirring and at temperature for 2 hours.

Si è ottenuta così una sospensione bianca e stabile contenente circa il 2,5% in peso di titanio biossido in sospensione idro-alcolica. A stable white suspension was thus obtained containing about 2.5% by weight of titanium dioxide in hydro-alcoholic suspension.

Le particelle di titanio biossido presentavano le seguenti caratteristiche: The titanium dioxide particles had the following characteristics:

- Grado di cristallinità dell’80% (Figura 1); - Degree of crystallinity of 80% (Figure 1);

- Rapporto delle fasi cristalline Anatase/Brookite pari a 80/20 (±5)(Figura 1, il rapporto è determinato dal rapporto tra le aree dei picchi corrispondenti alle due fasi cristalline secondo tecniche note nel settore, ad esempio il metodo RIR (Chung, F.H. (1994) ”Quantitative interpretation of XR diffraction patterns and mixtures. Matrix flushing method for quantitative multicomponent analysis” J.of Applied Cryst., vol. - Anatase / Brookite crystalline phase ratio equal to 80/20 (± 5) (Figure 1, the ratio is determined by the ratio between the areas of the peaks corresponding to the two crystalline phases according to techniques known in the sector, for example the RIR method (Chung , F.H. (1994) "Quantitative interpretation of XR diffraction patterns and mixtures. Matrix flushing method for quantitative multicomponent analysis" J.of Applied Cryst., Vol.

7, 519-525). I rispettivi picchi caratteristici sono determinati mediante confronto con i picchi di campioni di composizione nota. 7, 519-525). The respective characteristic peaks are determined by comparison with the peaks of samples of known composition.

- Da analisi DLS in sospensione, eseguito secondo il protocollo ISO 22412 (2008), il diametro medio delle particelle sub-micrometriche nanostrutturate era pari a 250 nm; da analisi TEM, i cristalliti avevano diametro di 25-50 nm; da equazione di Scherrer, la dimensione dei centri di diffrazione era pari a 57 Å (considerando shape factor 0,9); La Figura 2 mostra la distribuzione dimensionale ottenuta da analisi DLS sulle particelle in sospensione; - From DLS analysis in suspension, performed according to the ISO 22412 (2008) protocol, the average diameter of the nanostructured sub-micrometric particles was equal to 250 nm; from TEM analysis, the crystallites had a diameter of 25-50 nm; from Scherrer equation, the size of the diffraction centers was equal to 57 Å (considering shape factor 0.9); Figure 2 shows the size distribution obtained from DLS analysis on suspended particles;

- Area superficiale specifica delle particelle pari a 240 m<2>/g, misurata secondo il metodo BET descritto nello standard ISO 9277:2010. - Specific surface area of the particles equal to 240 m <2> / g, measured according to the BET method described in the ISO 9277: 2010 standard.

A parte, è stato predisposto un tessuto di fibra di vetro avente dimensioni 10 cm x 10 cm, dalla grammatura pari a 200 g/m<2>, che è stato immerso nella suddetta sospensione di particelle di titanio biossido a temperatura ambiente mediante dip-coating. Separately, a 10 cm x 10 cm glass fiber fabric with a weight of 200 g / m <2> was prepared, which was immersed in the aforementioned suspension of titanium dioxide particles at room temperature by dip- coating.

Il tessuto così trattato è stato asciugato all’aria e l’immersione nella sospensione è stata ripetuta. The fabric thus treated was air dried and the immersion in the suspension was repeated.

Al termine, il tessuto trattato è stato lavato con acqua (per eliminare materiale depositato in eccesso) e asciugato. At the end, the treated fabric was washed with water (to remove excess deposited material) and dried.

Il materiale fotocatalitico così ottenuto presentava le superfici parzialmente ricoperte di particelle di titanio di biossido. E’ stato determinato che il tessuto trattato aveva caricato 50 mg di particelle di titanio biossido. The photocatalytic material thus obtained had the surfaces partially covered with titanium dioxide particles. It was determined that the treated tissue had loaded 50 mg of titanium dioxide particles.

La Figura 3 (3a, 3b, 3c) e la Figura 4a mostrano immagini di microscopia elettronica a scansione delle fibre di vetro caricate con particelle di titanio biossido. Come si può vedere, le particelle si distribuiscono sulla superficie, con formazione di alcuni aggregati ben visibili. Figure 3 (3a, 3b, 3c) and Figure 4a show scanning electron microscopy images of glass fibers loaded with titanium dioxide particles. As can be seen, the particles are distributed on the surface, with the formation of some clearly visible aggregates.

La Figura 4b mostra un’analisi elementare ottenuta tramite sonda EDS (“Energy Dispersive Spectrometry”, spettrometria per dispersione di energia) delle medesime fibre di vetro. Nello specifico è riportata la mappatura elementare del Titanio, ricostruita tramite il suo segnale caratteristico nello spettro di emissione. Come commentato sopra, tale analisi mostra che la distribuzione delle particelle di fotocatalizzatore, pur essendo discontinua, è sostanzialmente omogenea sulla superficie del substrato. Figure 4b shows an elementary analysis obtained using an EDS probe ("Energy Dispersive Spectrometry", spectrometry for energy dispersion) of the same glass fibers. Specifically, the elementary mapping of Titanium is shown, reconstructed through its characteristic signal in the emission spectrum. As commented above, this analysis shows that the distribution of the photocatalyst particles, although discontinuous, is substantially homogeneous on the surface of the substrate.

ESEMPIO 2 EXAMPLE 2

Prove di assorbimento Absorption tests

Il tessuto di fibra caricato con particelle di fotocatalizzatore descritto all’Esempio 1 è stato irradiato con una lampada UVC (Philips 254 nm TUV T8) da 9 W di potenza. Poiché la quantità di radiazione assorbita da un suddetto strato è una frazione della totale incidente, tale strato è stato accoppiato a un secondo strato, preparato allo stesso modo, sfruttando così al massimo la capacità radiante della lampada e al contempo aumentando la superficie catalitica di scambio. In Figura 5 sono riportati gli spettri di emissione della lampada tal quale, filtrata da 1 strato, e filtrata da 2 strati (Figura 5a), e il dettaglio del picco di emissione massima a 254 nm (Figura 5b). The fiber fabric loaded with photocatalyst particles described in Example 1 was irradiated with a 9 W power UVC lamp (Philips 254 nm TUV T8). Since the amount of radiation absorbed by a said layer is a fraction of the total incident, this layer was coupled to a second layer, prepared in the same way, thus making the most of the radiant capacity of the lamp and at the same time increasing the catalytic exchange surface. . Figure 5 shows the emission spectra of the lamp as it is, filtered by 1 layer, and filtered by 2 layers (Figure 5a), and the detail of the maximum emission peak at 254 nm (Figure 5b).

ESEMPIO 3 EXAMPLE 3

Test di valutazione dell’attività catalitica Catalytic activity evaluation test

Per questo test è stato seguito quanto previsto dalla norma ISO 10678:2010, nelle seguenti condizioni specifiche. For this test, the provisions of the ISO 10678: 2010 standard were followed, under the following specific conditions.

Un pezzo di tessuto in fibra di vetro 10x10 cm è stato caricato con circa 50 mg di particelle di titanio biossido secondo il procedimento descritto all’Esempio 1. A 10x10 cm piece of fiberglass fabric was loaded with about 50 mg of titanium dioxide particles according to the procedure described in Example 1.

Il tessuto così caricato è stato quindi immerso in un recipiente contenente 500 ml di soluzione acquosa 5,3 *10 <-6 >M di Blu di metilene sotto agitazione meccanica a temperatura ambiente. Dopo 30 minuti di condizionamento al buio la soluzione è stata irradiata con la medesima lampada UVC dell’Esempio 2, posta a 30 cm di distanza dal contenitore per 120 minuti. La misura del valore di assorbanza della soluzione a 660 nm ha permesso di misurare la quantità di colorante adsorbito nei 30 minuti di condizionamento e degradato nei 120 minuti di irradiamento. The fabric thus loaded was then immersed in a container containing 500 ml of aqueous solution 5.3 * 10 <-6> M of methylene blue under mechanical stirring at room temperature. After 30 minutes of conditioning in the dark, the solution was irradiated with the same UVC lamp of Example 2, placed 30 cm away from the container for 120 minutes. The measurement of the absorbance value of the solution at 660 nm made it possible to measure the quantity of dye adsorbed in the 30 minutes of conditioning and degraded in the 120 minutes of irradiation.

Il test è stato ripetuto nelle medesime condizioni sperimentali sullo stesso peso delle medesime particelle di Titanio biossido in forma di polvere, non depositate su supporto siliceo. The test was repeated under the same experimental conditions on the same weight of the same particles of Titanium dioxide in powder form, not deposited on a siliceous support.

Risultati: Results:

Colorante Adsorbito dal catalizzatore supportato rispetto alla polvere non supportata = 3350% Colorante degradato dal catalizzatore supportato rispetto alla polvere non supportata = 400% Dye Adsorbed by supported catalyst vs unsupported powder = 3350% Dye degraded by supported catalyst vs unsupported powder = 400%

La Figura 6 mostra un grafico che riassume i risultati. Figure 6 shows a graph summarizing the results.

ESEMPIO 4 EXAMPLE 4

Test di abbattimento dell’acetaldeide; confronto con un sistema dell’arte nota in condizioni statiche Acetaldehyde abatement test; comparison with a system of the known art in static conditions

E’ stato realizzato un test di laboratorio atto a valutare l’efficacia di un sistema fotocatalitico prototipo nell’abbattimento di una specie organica volatile. A laboratory test was carried out to evaluate the effectiveness of a prototype photocatalytic system in the abatement of a volatile organic species.

Il prototipo è composto da una struttura metallica a supporto di una lampada (UVC, 18W, OSRAM HNS-L UVC) al cui interno è stato immobilizzato il materiale catalitico composto da due strati di tessuto di fibra di vetro dalla grammatura pari a 200 g/m<2 >avente un’area superficiale di 0,544 m<2 >(6,8 m x 8 cm) caricato con particelle di TiO2 (per un totale di circa 4,5 g). The prototype is composed of a metal structure supporting a lamp (UVC, 18W, OSRAM HNS-L UVC) inside which the catalytic material composed of two layers of glass fiber fabric with a weight of 200 g / m <2> having a surface area of 0.544 m <2> (6.8 m x 8 cm) loaded with TiO2 particles (for a total of about 4.5 g).

Il test è stato eseguito posizionando il prototipo all’interno di una camera in vetro del volume di 72000 cm<3>, nella camera è stato posizionato un rilevatore di contaminanti volatili (VOC) (ION SCIENCE mod. CORVUS) equipaggiato con detector a fotoionizzazione (PID) capace di monitorare in continuo la concentrazione di specie volatili e altri parametri relativi alla qualità dell’aria. All’interno della camera è stata quindi iniettata una quantità di 10 microlitri di acetaldeide in forma liquida e l’aria all’interno della camera sigillata è stata monitorata. Dopo un iniziale picco di concentrazione di analita rilevato in fase di evaporazione della goccia, si è atteso di avere una distribuzione omogenea dei vapori in camera di test (considerata raggiunta nel momento in cui si è registrato un valore di concentrazione (75 ppmv) costante per 3 minuti); da questo punto (considerato tempo 0) si è accesa la lampada UV del prototipo e si sono monitorati vari parametri dell’aria all’interno della camera per circa 200 minuti di test. The test was performed by placing the prototype inside a glass chamber with a volume of 72000 cm <3>, a volatile contaminants (VOC) detector (ION SCIENCE mod. CORVUS) equipped with a photoionization detector was positioned in the chamber. (PID) capable of continuously monitoring the concentration of volatile species and other parameters relating to air quality. A quantity of 10 microliters of acetaldehyde in liquid form was then injected inside the chamber and the air inside the sealed chamber was monitored. After an initial peak of analyte concentration detected during the drop evaporation phase, it is expected to have a homogeneous distribution of the vapors in the test chamber (considered reached when a constant concentration value (75 ppmv) is recorded for 3 minutes); from this point (considered time 0) the prototype UV lamp was turned on and various parameters of the air inside the chamber were monitored for about 200 minutes of testing.

Il test è stato ripetuto nelle medesime condizioni utilizzando un dispositivo sanificatore disponibile sul mercato basato sulla stessa tecnologia (biossido di titanio attivato da UV), uguale al prototipo per potenza della lampada e volume di aria trattata (da specifiche tecniche dichiarate, Activtek Induct 2000). I risultati ottenuti sono riportati in grafico (in valore assoluto (Figura 7a) e percentuale (Figura 7b) in cui il “prototipo” corrisponde al dispositivo contenente il materiale fotocatalitico dell’invenzione, mentre “A” corrisponde al dispositivo sanificatore disponibile sul mercato. The test was repeated under the same conditions using a sanitizing device available on the market based on the same technology (UV activated titanium dioxide), equal to the prototype for lamp power and volume of air treated (from declared technical specifications, Activtek Induct 2000) . The results obtained are shown in the graph (in absolute value (Figure 7a) and percentage (Figure 7b) in which the "prototype" corresponds to the device containing the photocatalytic material of the invention, while "A" corresponds to the sanitizing device available on the market.

Il valore di abbattimento VOC registrato dopo 120 minuti per il prototipo è superiore a quello registrato per il dispositivo sanificatore “A” di circa il 490%. E’ il caso di sottolineare che nei due test i valori di umidità relativa risultavano mediamente bassi (44% e 35% rispettivamente). Questi sono livelli di umidità in cui i dispositivi dell’arte nota hanno scarsa capacità di abbattimento VOC. Al contrario, il prototipo dell’invenzione è in grado di dare luogo a risultati soddisfacenti a tali valori di umidità e anche più bassi (ad esempio a HR 29%). The VOC abatement value recorded after 120 minutes for the prototype is approximately 490% higher than that recorded for the sanitizing device “A”. It should be noted that in the two tests the relative humidity values were on average low (44% and 35% respectively). These are humidity levels in which the prior art devices have poor VOC abatement capacity. On the contrary, the prototype of the invention is able to give satisfactory results at these humidity values and even lower (for example at HR 29%).

ESEMPIO 6 EXAMPLE 6

Analisi ICP e gravimetrica ICP and gravimetric analysis

A conferma della stabilità delle particelle di catalizzatore sulla superficie del supporto, un quadrato di tessuto di fibra di vetro 10 x 10 cm caricato con particelle di titanio biossido, come descritto all’Esempio 1, è stato ripetutamente immerso in 500 ml di acqua sotto vigorosa agitazione per periodi di 2 ore, e lasciato asciugare (con l’utilizzo di un asciugacapelli). Dopo tre cicli di ammolloasciugatura il catalizzatore non ha dimostrato variazioni di peso strumentalmente rilevabili rispetto all’inizio del test, e analisi ICP effettuate sulle acque di lavaggio non hanno permesso di rilevare rilasci di titanio in soluzione (Ti < LOD=0,02 ppm). To confirm the stability of the catalyst particles on the surface of the support, a 10 x 10 cm square of glass fiber cloth loaded with titanium dioxide particles, as described in Example 1, was repeatedly immersed in 500 ml of water under vigorous shaking for periods of 2 hours, and left to dry (with the use of a hair dryer). After three soaking-drying cycles, the catalyst showed no instrumental weight changes compared to the start of the test, and ICP analyzes carried out on the washing water did not allow to detect releases of titanium in solution (Ti <LOD = 0.02 ppm) .

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1. Materiale fotocatalitico comprendente un substrato siliceo avente almeno una superficie su cui sono presenti particelle di titanio biossido, dette particelle essendo adese alla superficie tramite eterocoagulazione e dette particelle aventi un grado di cristallinità da 60% a 90%, preferibilmente da 70% a 85%, più preferibilmente da 80% a 85%. CLAIMS 1. Photocatalytic material comprising a siliceous substrate having at least one surface on which particles of titanium dioxide are present, said particles being adhered to the surface by heterocoagulation and said particles having a degree of crystallinity from 60% to 90%, preferably from 70% to 85 %, more preferably 80% to 85%. 2. Materiale fotocatalitico secondo la rivendicazione 1, in cui dette particelle di titanio biossido presentano un’area superficiale specifica da 150 m<2>/g a 400 m<2>/g, preferibilmente da 200 m<2>/g a 350 <2>m /g. 2. Photocatalytic material according to claim 1, wherein said titanium dioxide particles have a specific surface area from 150 m <2> / g to 400 m <2> / g, preferably from 200 m <2> / g to 350 <2 > m / d. 3. Materiale fotocatalitico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette particelle di titanio biossido presenti su detto substrato siliceo presentano una dimensione dei centri di diffrazione da 50 a 150 Å, preferibilmente da 50 a 80 Å. 3. Photocatalytic material according to claim 1 or 2, wherein said particles of titanium dioxide present on said siliceous substrate have a diffraction center dimension from 50 to 150 Å, preferably from 50 to 80 Å. 4. Materiale fotocatalitico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il titanio biossido presenta una forma cristallina prevalentemente in forma anatase, preferibilmente in miscela con brookite in un rapporto in peso tra anatase e brookite preferibilmente da 60/40 a 95/5, più preferibilmente da 70/30 a 90/10. 4. Photocatalytic material according to any one of the preceding claims, wherein the titanium dioxide has a crystalline form mainly in anatase form, preferably in admixture with brookite in a weight ratio between anatase and brookite, preferably from 60/40 to 95/5, plus preferably from 70/30 to 90/10. 5. Materiale fotocatalitico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto substrato siliceo è scelto tra: silice amorfa, silice cristallina, silice pirogenica, silice fusa (fused silica), quarzo, silicati, preferibilmente silice amorfa. 5. Photocatalytic material according to any one of the preceding claims, wherein said siliceous substrate is selected from: amorphous silica, crystalline silica, fumed silica, fused silica, quartz, silicates, preferably amorphous silica. 6. Materiale fotocatalitico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto substrato siliceo è un tessuto di fibre di vetro avente una grammatura da 100 a 1000 g/m<2>, preferibilmente da 100 a 900 g/m<22>, più preferibilmente da 100 a 300 g/m<2>. 6. Photocatalytic material according to any one of the preceding claims, wherein said siliceous substrate is a glass fiber fabric having a basis weight from 100 to 1000 g / m <2>, preferably from 100 to 900 g / m <22>, plus preferably from 100 to 300 g / m <2>. 7. Processo per la produzione di un materiale fotocatalitico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, che comprende: predisporre una sospensione di particelle di titanio biossido in un mezzo idroalcolico ad un valore di pH da 3 a 7; immergere in detta sospensione un substrato siliceo ad una temperatura della sospensione da 0 a 80 °C, così da ottenere una eterocoagulazione delle particelle di titanio biossido sul substrato siliceo; lavare e asciugare il substrato siliceo così trattato. 7. Process for the production of a photocatalytic material according to any one of the preceding claims, which comprises: preparing a suspension of titanium dioxide particles in a hydroalcoholic medium at a pH value from 3 to 7; immersing a siliceous substrate in said suspension at a suspension temperature of from 0 to 80 ° C, so as to obtain heterocoagulation of the titanium dioxide particles on the siliceous substrate; wash and dry the siliceous substrate thus treated. 8. Processo secondo la rivendicazione 7, in cui in detta fase di immergere in detta sospensione un substrato siliceo viene realizzata almeno due volte in successione, ogni fase di immersione essendo separata dalla successiva da una fase di asciugatura del substrato siliceo. 8. Process according to claim 7, wherein in said step of dipping a siliceous substrate in said suspension is carried out at least twice in succession, each dipping step being separated from the next by a drying step of the siliceous substrate. 9. Processo secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui dette particelle di titanio biossido sono presenti in detta sospensione in una concentrazione, in percentuale in peso sul volume della sospensione, da 0,1 a 5%, preferibilmente da 0,5 a 5%, più preferibilmente da 1 a 3%. 9. Process according to claim 7 or 8, wherein said particles of titanium dioxide are present in said suspension in a concentration, in percentage by weight on the volume of the suspension, from 0.1 to 5%, preferably from 0.5 to 5 %, more preferably 1 to 3%. 10. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazione da 7 a 9, in cui il substrato siliceo non è sottoposto, dopo la fase di immersione, a una fase di trattamento termico. Process according to any one of claims 7 to 9, wherein the siliceous substrate is not subjected, after the dipping step, to a heat treatment step.
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