ES2293835A1

ES2293835A1 - Catalizador mineralogico para el filtrado de humos y su proceso de fabricacion.

Info

Publication number: ES2293835A1
Application number: ES200601947A
Authority: ES
Inventors: Juan Guerrero Moles; Salvador Clemente Izquierdo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-03-16
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: ES2293835B1

Abstract

Catalizador mineralógico para el filtrado de humos y su proceso de fabricación que se constituye por un soporte sólido conformado por un mineral natural enriquecido en sustancias activas mediante la impregnación de sus oquedades con una disolución del propio mineral, según un proceso en el que se parte del mineral como soporte sólido y de una disolución de dicho mineral en agua que se calienta hasta alcanzar la ebullición y se impregna con ella dicho soporte sólido, para finalmente, proceder a un deshidratado, mediante aportación de calor.

Description

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Catalizador mineralógico para el filtrado de humos y su proceso de fabricación.

Sector de la técnica

El objeto de la presente invención es un catalizador minerálogico para el filtrado de humos y especialmente concebido para el filtrado del humo de los cigarrillos, si bien este catalizador, como se indicará posteriormente, permite el filtrado de todo tipo de humos provenientes de una combustión, como son los humos generados en los procesos industriales, los que se generan por los vehículos y en especial por los vehículos terrestres, etc.

Al fumar un cigarrillo aparecen dos clases de humos, la corriente principal de humo y la secundaria. La corriente principal de humo es el humo que entra en la boca del fumador y la secundaria es el humo generado por la combustión incandescente del cigarrillo entre las caladas.

En principio, el catalizador objeto de la presente invención está concebido para su aplicación en el filtro de un cigarrillo; de manera que su acción de filtrado se centra sobre la corriente principal de humo.

De las sustancias tóxicas del humo del tabaco destacan tres por su mayor capacidad en producir patologías sobre el fumador, estas tres sustancias son: la nicotina, el alquitrán y el monóxido de carbono.

La nicotina es el principal activo del tabaco, responsable de producir la dependencia de los fumadores. Es un alcaloide incoloro sin oxígeno ni usos terapéuticos (muy al contrario, se emplea como insecticida), que se absorbe en un 90% en los pulmones cuando proviene de la combustión de los cigarrillos. Cada cigarrillo contiene hasta 3,5 miligramos de nicotina. Es un estimulante que actúa en diversos puntos del organismo, acelerando el ritmo cardíaco, aumentando el riesgo de insuficiencia coronaria o produciendo liberación de adrenalina que actúa sobre los centros nerviosos que controlan la presión arterial, entre otras patologías. Su acción farmacológica incluye activación electrocortical y relajamiento muscular, causando síntomas cardiovasculares y

\hbox{endocrinos que fuerzan la necesidad 
de su consumo.}

El alquitrán de los cigarrillos es una mezcla de productos químicos que componen la fracción sólida de humo producido en la combustión. Es una sustancia negra viscosa que al ser inhalada con el humo se va depositando en los tejidos que revisten las zonas de la boca, garganta y pulmones en las que el humo entra en contacto. Los compuestos alquitranados de los cigarrillos tiene la misma composición química que provoca el cáncer. En realidad, es el desencadenante de la mayor parte de las enfermedades que produce el tabaco.

El monóxido de carbono es un gas incoloro y muy tóxico que se desprende de la combustión del tabaco y del papel del cigarrillo. Al ser respirado por vía pulmonar desplaza al oxígeno de los hematíes y forma carboxihemoglobina, sustancia no apta para el transporte del oxígeno. El monóxido de carbono inhalado de forma masiva produce la muerte por anoxia cerebral y tisular. Altas tasas producen disminución en la entrada de oxígeno y menor fijación de éste a la hemoglobina, aumentando la arteriosclerosis, entre otras patologías. Trabajos recientes indican que el monóxido de carbono es el factor de mayor responsabilidad en la aparición de infartos, muerte súbita, enfermedades respiratorios crónicas y muertes en el feto.

Se conoce ya el uso de zeolitas modificadas para eliminar el monóxido de carbono, tal y como se describe en la WO-A-8502848. Las zeolitas (clinoptilonita, mordenita, y en menor grado ferrierita y eronita) se modifican por lixiviación ácida del aluminio, seguido de calcinación y finalmente de reacciones de sililación. Estos derivados microporosos de silicatos no son adecuados para adsorber componentes cancerígenos como por ejemplo aldehidos, compuestos aromáticos y nitrosaminas.

Por las Patentes de Estados Unidos US 3.703.901 y 3.572.348 se conoce el uso de zeolitas que contienen metales pesados, incluso platino, composición esta que no es apropiada para un producto que no se puede reciclar.

En la Patente suiza CH-A-653220, francesa FR-A-2.165.174, europea EP 0740907 y rusa RU 2113810C también se describe el empleo de zeolitas.

También se conoce el empleo de carbón activo, pero sus resultados no son satisfactorios por su rápida saturación. Puede afirmarse así que los filtros hasta ahora conocidos no han logrado proporcionar una solución satisfactoria.

De acuerdo con el objeto de la presente invención se propone un catalizador mineralógico que aplicado al filtro de un cigarrillo, permite obtener unos resultados óptimos en cuanto a la retención de nicotina y de alquitrán, en definitiva en cuanto a la reducción de las sustancias cancerígenas y tóxicas de los cigarrillos.

Este catalizador se constituye a partir de un producto mineralógico natural formado en rocas volcánicas que contienen una serie de radicales libres muy activos, así como propiedades endotérmicas e hidrófilas y una gran porosidad.

Descripción detallada de la invención

De acuerdo con el objeto de la presente invención, el catalizador minerológico está compuesto de un mineral natural que denominaremos a partir de ahora como soporte y que tiene un comportamiento análogo al de una zeolita natural catiónica.

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El soporte está compuesto de un cristal de tetraedros de un silicio y de un aluminio combinados con cuatro de oxígeno, se trata así de un cristal de silicato alumínico, que es microporoso.

Los poros de este mineral tienen un diámetro inferior a 4,2 angstroms y preferentemente en el entorno de 2,2 angstroms, determinando una membrana microporosa de cristales termodinámicos.

La estructura es muy estable y rígida, estando constituida por celdas prácticamente "huecas" ya que cerca del 50% del volumen de los cristales deshidratados es espacio vacío.

Este soporte lleva adheridos, en su estado natural, otros minerales y para "enriquecerlo" en el porcentaje en peso de estos minerales se procede de la forma siguiente.

Se pone una cantidad de peso de este soporte sólido dentro de un líquido, tal como agua y se lleva a la mezcla al estado de ebullición; de manera que se extraen las sustancias activas que quedan así disueltas y licuadas en el agua.

Una vez preparada esta disolución se procede a la impregnación en vía húmeda exhaustiva, con esta disolución, de una cantidad de soporte sólido; de manera que la disolución así preparada penetra en las oquedades del soporte sólido.

En una fase posterior y por aportación de calor se produce una deshidratación, quedando el soporte sólido "enriquecido" con las sustancias activas disueltas en el agua.

Con el soporte sólido así preparado, ya se encuentra éste listo para constituirse por sí mismo en el catalizador de un filtro de humos y en concreto de un filtro para cigarrillos.

Este catalizador, en su aplicación como filtro de un cigarrillo, su esquema de funcionamiento puede estar constituido como un filtro-dual compuesto por un lecho fijo granulado y dos segmentos de acetato, como soportes, uno situado en el extremo más próximo a la boca y el otro en el del tabaco.

Esta realización sólo puede entenderse como un ejemplo de realización práctica no limitativo, ya que existen otras posibles realizaciones como, por ejemplo, en la forma de incrustaciones en los segmentos de acetato o bien formar parte del propio papel del filtro, etc.

Por las pruebas realizadas hasta la fecha es suficiente entre 80 y 220 miligramos de soporte enriquecido para conformar el catalizador del filtro de un cigarrillo y su granulometría está comprendida entre 6 y 500 micras. En otros filtros fuera de la aplicación en cigarrillos, la granulometría puede ir desde 0 micras a 5 mm.

Según un ejemplo no limitativo de realización práctica, se toma una cantidad en peso del soporte sólido y se mezcla con la proporción de 1:10 veces en peso; de manera que cada 100 gramos de soporte se mezclará con un litro de agua.

La mezcla se lleva al estado de ebullición y se mantiene a una temperatura de 150° durante sesenta minutos.

Con esta disolución, en la que quedan licuadas las sustancias activas del soporte se procede a la impregnación, por vía húmeda exhaustiva, del soporte sólido, de manera que la disolución impregna todas las oquedades del soporte sólido y posteriormente se procede al deshidratado, retirando el agua por aportación de calor, quedando el soporte sólido "enriquecido" en sustancias activas, y listo para su uso como catalizador destinado al filtrado de humos.

La composición del catalizador queda definida por los siguientes óxidos metálicos y microelementos:

- Oxidos metálicos

Los óxidos metálicos son:

- Oxido de Silicio	SiO_{2}
- Oxido de Aluminio	Al_{2}O_{3}
- Oxido de Potasio	K_{2}O
- Oxido Férrico	Fe_{2}O_{3}
- Oxido de Sodio	Na_{2}O
- Oxido Cálcico	CaO
- Oxido de Magnesio	MgO
- Oxido de Titanio	TiO_{2}
- Oxido de Fósforo	P_{2}O_{5}
- Oxido de Manganeso	MnO

- Microelementos

Los microelementos pueden ser, entre otros:

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1

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Según el análisis, no limitativo, de una muestra del soporte sólido, los porcentajes en peso de dichos óxidos metálicos serían los siguientes:

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SiO_{2}	- - - -	58,98%
Al_{2}O_{3}	- - - -	18,71%
K_{2}O	- - - -	5,912%
Fe_{2}O_{3}	- - - -	3,937%
Na_{2}O	- - - -	3,249%
CaO	- - - -	2,261%
MgO	- - - -	0,797%
TiO_{2}	- - - -	0,330%
P_{2}O_{5}	- - - -	0,219%
MnO	- - - -	0,089%

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Pérdidas por Calcinación y accesorios 5,52%

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Las cantidades de los microelementos y trazas expresadas en microgramos por gramo (\mug/g) serían:

3

Con esta muestra de soporte sólido se ha preparado una disolución según las pautas ya indicadas y el análisis del filtrado de la muestra líquida ofrece los resultados siguientes:

5

El pH de 9,25 y su conductividad a 20° es de 1.334 \mus/cm.

Las propiedades cuadripolares y polares son de primordial importancia dada la regularidad de la estructura del catalizador y se pueden aprovechar para adsorber gases, tamizar moléculas, atrapar compuestos y también en el intercambio iónico, creando reacciones iónicas y de oxidación-reducción.

Este catalizador puede definirse como un catalizador de contacto, en el que la energía de activación es menor que la necesaria en las reacciones directas. En este caso, al producirse una catálisis de contacto, las moléculas de los reaccionantes son adsorbidas en la superficie del catalizador. De esta manera se provoca un aumento de la concentración de las sustancias reaccionantes, aumentando la velocidad de reacción y debilitando sus enlaces, siendo necesario por lo tanto menor energía de activación.

En el comportamiento del catalizador parte de los iones sodio del catalizador son sustituidos por cationes de otro tamaño y otra carga. Este intercambio de iones depende de:

\bullet: La naturaleza de las especies catiónicas

\bullet: La temperatura

\bullet: La concentración de las especies catiónicas

\bullet: Las especies aniónicas asociadas al catión

Dada la estructura cristalina y tan hueca del catalizador y el hecho de que este vaya impregnado y enriquecido con sustancias activas, así como con oxidantes y con reductores, permite crear las necesarias reacciones de oxidación-reducción, para que el catalizador cumpla adecuadamente sus funciones como medio filtrante de humos.

El catalizador así constituido presenta una gran porosidad de adsorción y transporte, que al entrar en contacto con las corrientes ascendentes de los humos de inhalación de los cigarrillos, se produce una condensación y adsorción en la superficie del catalizador de los compuestos cancerígenos y tóxicos, reteniéndolos en la superficie del catalizador, dando lugar como resultado unos humos de inhalación exentos de sustancias cancerígenas y tóxicas.

El catalizador reduce considerablemente en los humos de los cigarrillos las sustancias cancerígenas siguientes:

\bullet: Nicotinas

\bullet: Alquitranes

\bullet: Monóxido de Carbono (Co)

\bullet: Ácidos Volátiles

La cantidad de sustancias cancerígenas y tóxicas que se puede reducir o eliminar en los humos, depende de la arquitectura del cigarrillo, de la dosis y de la granulometría, pudiendo llegar al máximo de eliminación.

Aunque se ha descrito la aplicación del catalizador como filtro de un cigarrillo, ésta no es si no una concreta aplicación que no debe entenderse en sentido limitativo, ya que este catalizador, en las cantidades adecuadas, según cada aplicación concreta, puede utilizarse para filtrar todo tipo de humos provenientes de procesos industriales, de vehículos, etc.

Claims

1. Catalizador mineralógico para el filtrado de humos, caracterizado porque se constituye por un soporte sólido conformado por un mineral natural compuesto de un cristal de silicato aluminico, enriquecido en sustancias activas mediante la impregnación de sus oquedades con una disolución formada por el propio mineral constitutivo del soporte y un disolvente, tal como agua; de manera que una vez deshidratada dicha disolución queda el soporte enriquecido en sustancias activas y constituyéndose en un catalizador de contacto para el filtrado de humos.

2. Catalizador mineralógico para el filtrado de humos, en todo de acuerdo con la anterior reivindicación, caracterizado porque el mineral natural que constituye el soporte sólido es un cristal de tetraedros de un silicio y de un aluminio combinados con cuatro de oxígeno, siendo un soporte microporoso, de poro pequeño cuyo diámetro es inferior a 4,2 angstroms y, preferentemente, en el entorno de 2,2 angstroms.

3. Catalizador mineralógico para el filtrado de humos, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizado porque la estructura microporosa del soporte está definida por celdas prácticamente huecas, en las que cerca del 50% de los cristales deshidratados es espacio vacío.

4. Catalizador mineralógico para el filtrado de humos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte sólido se constituye por los siguientes óxidos metálicos: Oxido de Silicio SiO_{2}, Oxido de Aluminio Al_{2}O_{3}, Oxido de Potasio K_{2}O, Oxido Férrico Fe_{2}O_{3}, Oxido de Sodio N_{2}O, Oxido Cálcico CaO, Oxido de Magnesio MgO, Oxido de Titanio TiO_{2}, Oxido de Fósforo P_{2}O_{5} y Oxido de Manganeso MnO.

5. Proceso de fabricación de un catalizador mineralógico para el filtrado de humos, caracterizado porque, según el mismo, se parte de un mineral natural microporoso, compuesto de un cristal de silicato alumínico, que, por un lado, se dispone en su estado sólido, como soporte del catalizador, y por otro lado, se disuelve una cantidad de este mismo mineral en un disolvente líquido; porque la disolución de dicho mineral y del disolvente líquido se calienta hasta alcanzar la ebullición para extraer las sustancias activas del mineral; porque en una fase posterior se impregna dicho soporte sólido con la disolución que penetra en las oquedades de aquel; porque finalmente se procede a un deshidratado por calor, quedando el soporte sólido enriquecido con las sustancias activas extraídas en la disolución, constituyendo así un catalizador para el filtrado de humos.

6. Proceso de fabricación de un catalizador mineralógico para el filtrado de humos, porque según una posible realización práctica, la disolución se prepara en una proporción en peso de 1:10 de mineral y disolvente cuando este último es agua; de manera que cien gramos de mineral se diluyen en un litro de agua y la mezcla se lleva al estado de ebullición manteniéndola a una temperatura de 150° durante sesenta minutos.

7. Proceso de fabricación de un catalizador mineralógico para el filtrado de humos, en todo de acuerdo con la quinta y sexta reivindicaciones, caracterizado porque para la preparación del filtro de un cigarrillo es suficiente una cantidad de mineral soporte enriquecido, comprendida entre 80 y 220 miligramos, estando comprendida su granulometría entre 6 y 500 micras.