PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR UN SUSTRATO REVESTIDO CON UNA CAPA DE ZEOLITA.

Procedimiento para la preparación de una capa de zeolita en un sustrato que contiene metales,

comprendiendo las siguientes etapas del procedimiento: 1.1 Preparar una suspensión acuosa que comprende varios componentes, 1.2 un componente comprendiendo por lo menos un elemento que forma una red del tercer, cuarto o quinto grupo principal del sistema periódico y 1.3 el sustrato que contiene metales presentando por lo menos uno de los elementos que forman una red; 1.4 introducir el sustrato que contiene metales en la suspensión acuosa, 1.5 calentar la suspensión acuosa y el sustrato que contiene metales y se encuentra en la misma para la cristalización in situ de una capa de zeolita en el sustrato que contiene metales, caracterizado por el hecho de que 1.6 con respecto al proceso de formación de la zeolita y la estructura final de la zeolita, por lo menos uno de los elementos que forman una red presente en la suspensión acuosa está presente en una cantidad menor a la proporción estequiométrica, siendo la relación molar entre (el) los elemento(s) que forma(n) una red y está(n) presente(s) en una cantidad menor a la proporción estequiométrica en la suspensión acuosa y la suma de todos los elementos que forman una red presentes en la suspensión acuosa inferior a 0,5, 1.7 y que al sustrato que contiene metales se le extrae(n) el/los elemento(s) que forma(n) una red y está(n) presente(s) en una cantidad menor a la proporción estequiométrica, y que se incorpora(n) en la capa de zeolita y 1.8 un elemento que forma una red es fósforo presente en la suspensión acuosa

Procedimiento para fabricar un sustrato revestido con una capa de zeolita.

Se describe un procedimiento para la preparación de una capa de zeolita en un sustrato que contiene metales, comprendiendo las siguientes etapas del procedimiento: Preparar una suspensión acuosa comprendiendo varios componentes, donde un componente comprende por lo menos un elemento que forma una red del tercer, cuarto o quinto grupo principal del sistema periódico y presentando el sustrato que contiene metales por lo menos uno de los elementos que forman una red; Introducir el sustrato que contiene metales en la suspensión acuosa, Calentar la suspensión acuosa y el sustrato que contiene metales y que se encuentra en la misma para la cristalización in situ de una capa de zeolita en el sustrato que contiene metales. Además, la invención se refiere a un intercambiador térmico que se obtiene según dicho procedimiento.

En el sentido mineralógico más estricto, las zeolitas son minerales de silicato y en particular silicatos de aluminio con una estructura química compleja caracterizada por la formación de redes tetraédricas porosas (redes T). Según la definición general de la IZA (International Zeolithe Association), las zeolitas son aquellos materiales que presentan redes T con una densidad de red de < 19 átomos T por 1000 Å3. Las zeolitas presentan una estructura con cavidades interiores, pudiendo estas cavidades adoptar dimensiones moleculares. La propiedad de las zeolitas de poder recibir átomos extraños o moléculas extrañas en su estructura porosa, hacen posible el hecho de que, por ejemplo, las zeolitas puedan almacenar grandes cantidades de agua y liberarlas al calentarse. Por este motivo, los materiales de zeolita que están en contacto con un intercambiador térmico son particularmente útiles para la formación de un acumulador de calor latente. Según el estado de la técnica, para ello se utilizan o bien rellenos de materiales de zeolita moldeados o zeolitas que se pueden introducir en cuerpos sólidos con poros abiertos, como por ejemplo, las esponjas metálicas que están en contacto térmico con un intercambiador térmico. Para lo último se remite, por ejemplo, a la DE 101 59 652 C2.

Además, las zeolitas son utilizadas por la industria química para muchas otras aplicaciones. Éstas pueden ser, por ejemplo, los procesos de intercambio iónico, empleándose para ello por lo general las zeolitas preparadas de forma sintética en forma de polvo con un tamaño de cristal de pocos micrómetros. Adicionalmente, las zeolitas se utilizan como tamiz molecular, también pudiéndose introducir en este caso el material de zeolita como relleno suelto con cristales o materiales moldeados en un sistema de filtración.

Para las aplicaciones en las que se conduzca calor a las zeolitas o en las que se quiera sustraer calor al material zeolítico, los rellenos de zeolita sueltos no son adecuados porque no se puede conseguir el contacto térmico suficiente con las estructuras adyacentes del intercambiador térmico. Además, hay que añadirle a la zeolita como material sorbente, en particular para el acumulador de calor latente, el medio de trabajo habitualmente denominado como adsorbato. Esto requiere poros de transporte macroscópicos en el material sorbente. Por este motivo, para este tipo de aplicaciones, la zeolita sintetizada como polvo se deforma con la ayuda de un aglomerante para obtener unidades más grandes en forma de gránulos. Sin embargo, la desventaja es que la mayoría de los aglomerantes afectan las propiedades relevantes para cada aplicación de las zeolitas y modifican las mismas de manera desventajosa. Adicionalmente, con el uso de gránulos tampoco se puede asegurar un contacto térmico suficiente con los intercambiadores térmicos adyacentes. Por este motivo, se proponen sistemas de intercambiadores térmicos en los que se deposita una capa de zeolita. Para los procedimientos de revestimiento conocidos de sustratos con zeolitas es típico un procedimiento en dos etapas. Primero se prepara, en una etapa precedente de síntesis, un polvo de zeolita. Este polvo de zeolita puede ser tratado posteriormente de forma mecánica, por ejemplo, mediante unas etapas de triturado o de molido, de modo que se forme una zeolita en forma de polvo con un tamaño de partículas (cristales) ajustado. A continuación, el material zeolítico sintetizado o sintetizado previamente de esta forma se mezcla por lo general con un aglomerante y se deposita como el llamado revestimiento en el sustrato portador.

Sin embargo, este procedimiento tiene la desventaja de que, especialmente en las estructuras complejas, tridimensionales de los intercambiadores térmicos, es difícil depositar capas de zeolita con un grosor uniforme a toda la superficie del intercambiador térmico. Además, este tipo de procedimiento de revestimiento de síntesis posterior presenta numerosas etapas de preparación. Además, la mayoría de los aglomerantes modifica las propiedades relevantes de las zeolitas, ya que las moléculas y partículas aglomerantes se depositan en la superficie de los cristales de zeolita.

La US 2003/0091872 A1 describe un procedimiento para la preparación de una capa de zeolita en un metal como aluminio o níquel o acero o titanio. En la misma se forman zeolitas de silicato de aluminio clásicas, lo cual se efectúa mediante el uso de suspensiones de síntesis para zeolitas de silicato de aluminio clásicas en el margen habitual de pH desde neutro hasta un pH de 12. La suspensión también contiene aluminio. Después de la introducción del sustrato que contiene aluminio en la suspensión que contiene aluminio, los átomos de aluminio del sustrato se incorporan a la red de zeolita, con lo cual se mejora la adhesión de la capa de zeolita en el sustrato. Este procedimiento conocido no presenta una serie de características relevantes de la presente invención. Así, en cuanto al proceso de formación de la zeolita y la estructura final de la zeolita preparada, por lo menos uno de los elementos que forman una red presentes en la suspensión acuosa no está presente en una cantidad menor a la proporción estequiométrica. Por este motivo, la US 2003/0091872 A1 indica "the silicon and aluminum sources provide the building materials for the zeolithe to be formed". Según esta referencia, las fuentes de Si y Al (en la solución) suministran el material de construcción para las zeolitas que se van a formar.

La DE 103 09 009 A1 describe un procedimiento en el que se emplean materiales portadores cerámicos. En dicho procedimiento, el portador es al mismo tiempo el donante para el silicio que forma la red para preparar las zeolitas de silicato de aluminio clásicas. Por consiguiente, este procedimiento conocido se refiere a la preparación de una capa de zeolita en un material portador cerámico, estando éste introducido en una suspensión acuosa que contiene por lo menos un elemento que forma una red o un formador de redes. Por último, la suspensión se calienta. No se revela el fósforo, presente en la suspensión acuosa, como elemento que forma una red.

También se han conocido otras publicaciones que describen la preparación de una suspensión con elementos que pueden formar una zeolita y la introducción de un sustrato en la suspensión así como el calentamiento para la cristalización in situ de una capa altamente viscosa de zeolitas de silicato de aluminio clásicas en un sustrato (véase la EP 0 649 387 B2, EP 1 222 961 A2 y JP 08119624 A).

La US 2002/110699 A1 tampoco sugiere nada esencial en lo que se refiere a la invención que se detalla a continuación, en particular en cuanto a la característica relevante, según la cual con respecto al proceso de formación de la zeolita y la estructura final de la zeolita, por lo menos uno de los elementos que forman una red presentes en la suspensión acuosa debe estar presente en una cantidad menor a la proporción estequiométrica. Se hace referencia al hecho de que el fósforo es un elemento conocido de las zeolitas ALPO o SAPO.

Los procedimientos conocidos descritos arriba no han sido del todo satisfactorios. Es cierto que en los mismos se forman capas de zeolitas de silicato de aluminio clásicas, pero su anclaje en el sustrato no es tan perfecto como debería ser.

El objeto de la invención es desarrollar el procedimiento descrito al comienzo de tal forma que las propiedades de las zeolitas no sean afectadas de forma negativa y que asegure que se garantice un acceso libre a la estructura microporosa de la capa de zeolita. Sobre todo, la capa de zeolita debería anclarse de forma fiable en el sustrato. Por consiguiente, la capa de zeolita...

1. Procedimiento para la preparación de una capa de zeolita en un sustrato que contiene metales, comprendiendo las siguientes etapas del procedimiento:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la relación molar de por lo menos un elemento que forma una red y está presente en la suspensión acuosa en una cantidad menor a la proporción estequiométrica y la suma de todos los elementos que forman una red en la suspensión acuosa es inferior a 0,4.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el sustrato que contiene metales es un sustrato de aluminio.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el sustrato que contiene metales contiene aluminio, silicio o fósforo o está recubierto con una aleación o un compuesto que contiene aluminio, silicio o fósforo.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el sustrato que contiene metales es un acero aleado con aluminio y/o silicio.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la solución acuosa comprende al menos una molécula orgánica modelo o una molécula orgánica plantilla.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que la solución acuosa y el sustrato que contiene metal que se encuentra en ella se calientan a una temperatura entre 50ºC y 250ºC, particularmente entre 100ºC y 200ºC.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la solución acuosa y el sustrato que contiene metal que se encuentra en ella se calientan en un recipiente cerrado.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que la solución acuosa se convierte en un gel y éste se aplica sobre el sustrato.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que se cristaliza otra capa de zeolita sobre la primera capa de zeolita realizada sobre el sustrato.

11. Intercambiador térmico comprendiendo un material de sustrato conteniendo metal, que está revestido según un procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10 con un revestimiento de zeolita que constituye un material SAPO microporoso, un material ALPO microporoso o un material MeALPO microporoso y en el que los cristales de la capa de zeolita se orientan más o menos perpendiculares a la superficie del sustrato en su dirección principal y su dirección de crecimiento.