Pieza constructiva con una superficie catalítica, procedimiento para su producción y utilización de la citada pieza constructiva.

Pieza constructiva con una superficie de catalizador (12), en donde la superficie de catalizador (12) se compone des zonas metálicas (14) de Co,

Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, y las zonas (13) que hacen contacto con zonas metálicas se componen de MnO2, caracterizada porque las zonas de MnO2 se componen de nanopartículas con un diámetro >100 nm.

Pieza constructiva con una superficie catalítica, procedimiento para su producción y utilización de la citada pieza constructiva.

La invención hace referencia a una pieza constructiva con una superficie de catalizador. Además de esto la invención hace referencia a un procedimiento para producir una superficie de catalizador sobre una pieza constructiva mediante inyección de gas frío. Por último la invención hace referencia a una utilización de una pieza constructiva de este tipo.

Una superficie de catalizador sobre una pieza constructiva se conoce por ejemplo del documento US 2003/0228414 A1. Esta superficie de catalizador puede crearse mediante una precipitación directa de una sustancia catalíticamente activa sobre la pieza constructiva. Para esto se utiliza una inyección de gas frío, en la que las partículas del material de capa catalítico se alimentan, en un llamado chorro de gas frío, a un gas de proceso que fluye a velocidad supersónica. En el chorro de gas frío se aceleran estas partículas hacia la superficie de la pieza constructiva a recubrir y permanecen adheridas sobre esta superficie, en donde se transforma su energía cinética.

Schmachtel et al. (J. Appl. Electrochem. (2009) 39:1835-1848) revela un método para producir una superficie de catalizador, en donde se aplican micropartículas de MnO2 mediante inyección de gas frío sobre una matriz de plomo, en donde se forma una estructura compuesta de MnO2/Pb.

El documento EP 0399302 A2 revela la utilización de MnO2 como material catalizador para la descomposición del ozono, en donde las características catalíticas del MnO2 pueden mejorarse mediante la presencia de Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Pd y/o Rh.

El objeto de la invención consiste en indicar una pieza constructiva con una superficie de catalizador, un procedimiento para su producción o una utilización de esta pieza constructiva, en donde la superficie de catalizador debe presentar una actividad catalítica relativamente alta.

La presente invención se ejecuta mediante la pieza constructiva citada al comienzo o con un procedimiento de inyección fría, por medio de que la superficie de catalizador se compone de zonas metálicas y de zonas del MnO2 que hacen contacto con la primera, en donde las zonas de MnO2 se componen de nanopartículas con un diámetro > 100 nm.

Las zonas del MnO2 representan el porcentaje cerámico de la superficie de catalizador y este contexto reciben a continuación también el nombre de zonas cerámicas. Conforme a la invención está previsto además que las zonas metálicas se compongan de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales. Como aleaciones de estos metales deben entenderse todas las aleaciones que contienen Co y/o Sn y/o Zn como componentes de aleación, en donde el porcentaje total de estos metales (con independencia de si en la aleación están contenidos uno, dos o tres de estos metales) es superior al 50% en peso. De este modo pueden estar representados otros componentes de aleación, como por ejemplo otros metales, con un porcentaje inferior al 50% en peso. A continuación se trata en resumen de Co y/o Sn y/o Zn o se hace referencia, con relación al emparejamiento superficial metal-cerámica conforme a la invención, en general a zonas metálicas o a una matriz metálica, con lo que siempre nos referimos a un material de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, como se ha descrito anteriormente.

Para producir la capa conforme a la invención está previsto que, durante la inyección de gas frío, la superficie de catalizador se cree mediante la inyección de nanopartículas de MnO2 con un diámetro > 100 nm, en donde el MnO2 sólo forma zonas de la superficie de catalizador y además se ponen a disposición zonas metálicas de la superficie de catalizador, que son adyacentes respectivamente a las zonas del MnO2. Las zonas metálicas pueden ponerse a disposición, como se explica a continuación todavía con más detalle, mediante la superficie metálica a recubrir de la pieza constructiva o mediante la adición mezclando de partículas metálicas en el choro de gas frío. Si se quiere crear las aleaciones antes indicadas, esto puede realizarse o bien mediante la utilización de polvos a partir de la aleación deseada, o bien se mezclan entre sí partículas de diferente composición, para llegar a la composición deseada de la aleación, por ejemplo partículas de Co y/o sn y/o Zn puro. Este último procedimiento recibe también el nombre de aleación mecánica.

Mediante la utilización de MnO2 como emparejamiento con uno de los metales citados puede conseguirse, conforme a la invención, una actividad particularmente alta de la superficie de catalizador formada. Ha quedado demostrado sorpresivamente que la actividad catalítica del MnO2, que es conocida en sí misma, puede aumentarse mediante las zonas metálicas sobre la superficie, aunque en total se reduzca la superficie catalítica disponible del MnO2. Esto contradice al resultado que cabría esperar, de que con una reducción de la superficie de MnO2 realmente disponible, con un recubrimiento no completo de la superficie de la pieza constructiva, debería producirse una pérdida proporcional a ello de actividad catalizadora.

De este modo pueden producirse ventajosamente piezas constructivas con unas superficies de catalizador relativamente eficientes, por medio de que zonas de la superficie de catalizador se ocupen con un metal en lugar de con MnO2. La superficie de la pieza constructiva no debe por lo tanto estar cubierta por completo por las zonas metálicas y las zonas del MnO2. Es ya suficiente con un recubrimiento parcial para conseguir la acción catalítica. El mismo debe elegirse en función del caso aplicativo con un tamaño tal, que la superficie catalítica disponible ara el efecto deseado sea suficiente para transformar por ejemplo ozono. La zona del MnO2 con relación a la superficie total formada mediante las zonas debe ser al menos del 10%, de forma preferida del 30% al 70%, en particular del 50%.

Conforme a una configuración ventajosa de la invención está previsto que el MnO2 esté presente, al menos parcialmente, en la modificación . La modificación es una estructura del cristal formado por el MnO2, que muestra ventajosamente una acción catalítica especialmente intensa. Evidentemente la estructura real del MnO2 no se presenta en general exclusivamente en la modificación , sino parcialmente también en otras modificaciones (por ejemplo la modificación ß del MnO2) . Según una configuración especial de la invención, sin embargo, el porcentaje de estructura del MnO2 en la modificación debería ser superior al 50% en peso.

Conforme a otra configuración de la invención está previsto que la pieza constructiva se componga del metal disponible a partir de la zona metálica y que sobre esta pieza constructiva esté aplicada una capa de MnO2 que cubra sólo parcialmente. A este respecto se trata por ejemplo de piezas constructivas de Co y/o Sn y/o Zn que, a causa de su composición de material, ya ponen a disposición el componente necesario para la producción de la superficie catalítica. Sobre estas piezas constructivas es posible ventajosamente, de forma particularmente sencilla, una producción de la superficie conforme a la invención, por medio de que se aplica una capa no cubridora que está disponible para la otra zona de la superficie, es decir el MnO2.

A la inversa es también concebible que la pieza constructiva se componga de una cerámica disponible para la zona del MnO2 y que sobre esta pieza constructiva se aplique una capa sólo parcialmente cubridora del metal. Por ejemplo la pieza constructiva podría estar diseñada como pieza constructiva cerámica afectada por desgaste. Ésta no es necesario que se componga exclusivamente de MnO2. Es por ejemplo concebible que la cerámica se produzca como cerámica sinterizada a partir de diferentes clases de partículas, en donde el MnO2 represente una clase de estas partículas. Sin embargo, en esta variante es necesario tener en cuenta que las temperaturas de tratamiento para la pieza constructiva deben ser inferiores a 535 ºC, ya que el MnO2 a esta temperatura se transforma en MnO y, de este modo, pierde sus extraordinarias características catalíticas en el emparejamiento de material conforme a la invención.

Conforme a otra configuración de la invención está previsto que la pieza constructiva presente un recubrimiento, el cual ponga a disposición de la superficie las zonas metálicas y las zonas del MnO2. En esta variante pueden recubrirse piezas constructivas de diferentes materiales, en donde las características catalíticas de la capa conforme a la invención se producen ventajosamente sólo mediante las características de la... [Seguir leyendo]

1. Pieza constructiva con una superficie de catalizador (12) , en donde la superficie de catalizador (12) se compone des zonas metálicas (14) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, y las zonas (13) que hacen contacto con zonas metálicas se componen de MnO2, caracterizada porque las zonas de MnO2 se componen de nanopartículas con un diámetro > 100 nm.

2. Pieza constructiva según la reivindicación 1, caracterizada porque el óxido de manganeso está presente, al menos parcialmente, en la modificación del MnO2.

3. Pieza constructiva según la reivindicación 2, caracterizada porque el porcentaje de estructura presente en la modificación del óxido de manganeso es superior al 50%.

4. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el porcentaje superficial de las zonas (13) de MnO2, en relación a la suma de las zonas metálicas (13) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, es al menos del 10%, de forma preferida de entre el 30% y el 60% y en particular del 50%.

5. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la misma se compone de un material metálico que pone a disposición la zona metálica (13) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, y sobre esta pieza constructiva está aplicada una capa de MnO2 que sólo cubre parcialmente.

6. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la misma se compone de una cerámica que pone a disposición la zona (13) del MnO2, y sobre esta pieza constructiva está aplicada una capa que sólo cubre parcialmente de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales.

7. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la misma presenta un recubrimiento (15) que pone a disposición las zonas metálicas (14) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales y las zonas (13) del MnO2 de la superficie de catalizador (12) .

8. Pieza constructiva según la reivindicación 7, caracterizada porque el recubrimiento (15) presenta una capa metálica (19) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, sobre la que se ha aplicado una capa

(20) de MnO2 que sólo cubre parcialmente.

9. Pieza constructiva según la reivindicación 7, caracterizada porque el recubrimiento (15) presenta una capa cerámica que pone a disposición la zona (13) del MnO2, sobre la que se ha aplicado una capa metálica que sólo cubre parcialmente de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales.

10. Pieza constructiva según la reivindicación 7, caracterizada porque el recubrimiento (15) se compone de una cerámica que pone a disposición la zona (13) del MnO2, en la que se han incrustado unas partículas metálicas (23) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales.

11. Pieza constructiva según la reivindicación 7, caracterizada porque el recubrimiento (15) se compone de una matriz metálica (17) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales, en la que se han incrustado unas partículas (16) de MnO2.

12. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque ésta o una capa aplicada sobre la misma está compuesta por un material (24) diferente al de la zona metálica (14) y al MnO2 y en ésta y/o sobre ésta existen unas partículas (25) , que ponen a disposición las zonas metálicas (14) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales y las zonas (13) del MnO2 sobre su superficie.

13. Pieza constructiva según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pieza constructiva presenta una estructura en forma de rejilla.

14. Pieza constructiva según la reivindicación 13, caracterizada porque la pieza constructiva está configurada como rejilla de ventilación, en particular como rejilla de salida de una campana de extracción de vaho o de un generador de plasma por el que puede existir circulación.

15. Procedimiento para producir una superficie de catalizador (12) sobre una pieza constructiva mediante inyección de gas frío, en donde la superficie de catalizador (12) se crea mediante la inyección de nanopartículas de MnO2, en donde el MnO2 sólo forma zonas (13) de la superficie de catalizador (12) y además se ponen a disposición zonas metálicas (14) de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales de la superficie de catalizador, que son adyacentes respectivamente a las zonas (13) del MnO2, caracterizado porque se tratan como nanopartículas de MnO2 con un diámetro > 100 nm.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizada porque se utilizan partículas de MnO2, que al menos parcialmente presentan la modificación de la estructura del MnO2, y la inyección fría se realiza con temperaturas de funcionamiento por debajo de la temperatura de descomposición del óxido de manganeso.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizada porque se utiliza una mezcla entre

partículas de MnO2 y partículas metálicas de Co, Sn, Zn o aleaciones de al menos uno de estos metales para las zonas metálicas (14) de la superficie de catalizador.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizada porque la superficie específica de la capa producida que forma la superficie de catalizador se controla mediante la carga energética en el chorro de gas frío.

19. Utilización de una pieza constructiva conforme a una de las reivindicaciones 1 a 12 para reducir el contenido de ozono de un gas que pasa por encima de la superficie de catalizador.