DIOXIDO DE TITANIO DOPADO.

Dióxido de titanio pirógeno producido mediante hidrólisis ígnea,

con una superficie específica según BET de 65 a 80 m2/g, que contiene un óxido seleccionado entre el conjunto formado por óxido de zinc, óxido de platino, óxido de magnesio y/u óxido de aluminio como componentes de dopaje, en una cantidad de 40 a 800 ppm

Dióxido de titanio dopado.

El invento se refiere a un dióxido de titanio dopado, a un procedimiento para su producción, así como a su utilización.

Un dióxido de titanio pirógeno (obtenible comercialmente como el nombre de Degussa TiO₂ P 25) se distingue por sus numerosas posibilidades de utilización en el sector de la fotocatálisis.

(R.W. Matthews, S.R. McEvoy, J. Photochem. Photobiol A: Chem., 64 (1992) 231-246.;

R.I. Bickley y colaboradores, Journal of Solid State Chemistry, 92 (1991), 178-190.;

R. Franke, C. Franke, Chemosphere, Vol. 39, nº. 15 (1999), 2651-2659.

H. Zen, JETI (1998), 46 (10), 66-67.

Se usa como material comparativo con alta actividad fotocatalítica.

(V. Loddo y colaboradores, Applied Catalysis B: Environmental 20 (1999), 29-45.)

Es objeto del invento un dióxido de titanio pirógeno producido mediante hidrólisis ígnea, con una superficie específica según BET de 65 a 80 m²/g, que contiene un óxido seleccionado entre el conjunto formado por óxido de zinc, óxido de platino, óxido de magnesio y/u óxido de aluminio como componentes de dopaje, en una cantidad de 40 a 800 ppm.

Un objeto adicional del invento es un procedimiento para la producción del dióxido de titanio dopado mediante un aerosol, el cual está caracterizado porque en una llama, tal como se utiliza para la producción de dióxido de titanio pirógeno mediante una hidrólisis ignea, se alimenta un aerosol, este aerosol se mezcla homogéneamente antes de, o durante, la reacción con la mezcla gaseosa procedente de la hidrólisis ígnea, la mezcla gaseosa con el aerosol se deja reaccionar totalmente en una llama y los óxidos resultantes, que se han producido por vía pirógena y están dopados, se separan de una manera conocida con respecto de la corriente gaseosa, sirviendo como producto de partida del aerosol una solución de una sal o una suspensión, que contiene el componente de la sustancia que se ha de dopar, el cual puede ser una sal de un metal o una sal de un metaloide o mezclas de ambas, o una suspensión de un compuesto insoluble de un metal o de un metaloide, o de una mezcla de ambos, siendo producido el aerosol por nebulización mediante una boquilla para dos materiales o mediante un generador de aerosoles, preferiblemente después de la nebulización por ultrasonidos.

Como sustancia que se ha de dopar se pueden emplear sales de zinc, magnesio, aluminio y/o metales nobles, tales como platino, paladio, plata y oro. De manera preferida, se emplean unas soluciones acuosas de estas sales, que eventualmente pueden estar acidificadas. De manera preferida, se pueden emplear como sales cloruro de zinc, ácido hexacloroplatínico, cloruro de magnesio, o cloruro de aluminio.

El procedimiento del dopaje mediante un aerosol se puede llevar a cabo en lo esencial tal como se describe en el documento de solicitud de patente europea EP 0 850 876 A1.

El procedimiento relacionado con la hidrólisis ígnea para la producción de un dióxido de titanio pirógeno es conocido a partir de Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie, [enciclopedia de Ullmann de la química técnica], 4ª edición, tomo 21, página 464.

Para la producción de una actividad fotocatalítica elevada, la superficie según BET es de 65 a 80 m²/g. En este caso la cantidad del componente de dopaje es de 40 a 800 ppm.

Los dióxidos de titanio dopados mediante un aerosol, conformes al invento, cuando ellos tienen una actividad fotocatalítica elevada, se pueden emplear para la purificación de un aire de salida.

Ellos pueden estar fijados sobre un soporte.

Los dióxidos de titanio conformes al invento, cuando ellos tienen actividad fotocatalítica elevada, se pueden emplear para la descomposición de impurezas en aguas residuales y/o un aire de salida. En tal caso los dióxidos de titanio pueden tanto estar suspendidos en el agua residual y/o en el aire de salida como también se pueden emplear en estado fijado sobre un soporte.

También en el caso de una actividad fotocatalítica elevada, los dióxidos de titanio conformes al invento se pueden emplear para la aplicación sobre vidrios, sobre materiales sintéticos, para la eliminación de impurezas a partir de aire, de agua, etc.

Los dióxidos de titanio conformes al invento con una actividad fotocatalítica elevada, se pueden emplear además para la esterilización de agua mediando irradiación con rayos UV (ultravioletas).

Los dióxidos de titanio conformes al invento que están dopados mediante un aerosol, se ensayan en el caso de la descomposición fotocatalítica de hidrocarburos clorados mediando irradiación con rayos UV en una suspensión acuosa eventualmente acidificada, en cuanto a su actividad fotocatalítica.

En tal caso se encuentra que la actividad fotocatalítica de los dióxidos de titanio conformes al invento en una suspensión acuosa eventualmente acidificada se puede aumentar mediante el dopaje con óxidos de metales/metales nobles o de metaloides.

Sorprendentemente, la actividad fotocatalítica se aumenta en el caso de la descomposición de hidrocarburos clorados en una suspensión acuosa, aún cuando haya tenido lugar una mezcladura homogénea del componente de dopaje y del dióxido de titanio. El componente de dopaje se encuentra aquí, por lo tanto, no exclusivamente sobre dióxido de titanio, sino también en el dióxido de titanio.

Además de esto, la modificación de la cantidad del componente de dopaje conduce a una alteración de la velocidad de la descomposición fotocatalítica de los hidrocarburos clorados mediando irradiación con rayos UV.

Ejemplos

Se miden las velocidades de reacción iniciales (después de los primeros 30 minutos) de unos catalizadores de dióxidos dopados seleccionados [mg de TOC* 1-1min-1 (TOC = Total Organic Carbon = carbono combinado en compuestos orgánicos)] de DCA (ácido dicloroacético) y 4-CP (4-cloro-fenol) en una suspensión acuosa eventualmente acidificada mediando irradiación con rayos UV.

Como valor comparativo (valor nulo) se usa la velocidad de descomposición fotocatalítica de hidrocarburos clorados mediando irradiación con rayos UV en una suspensión acuosa eventualmente acidificada en el caso del empleo de un dióxido de titanio puro Degussa P 25 como fotocatalizador. La duración de los ensayos con el producto Degussa P 25 es como máximo de 360 minutos. Se determina la velocidad de reacción inicial de la descomposición fotocatalítica de hidrocarburos clorados en una suspensión acuosa eventualmente acidificada.

Asimismo se vigila la descomposición fotocatalítica de hidrocarburos clorados mediando irradiación con rayos UV en una suspensión acuosa pura o acuosa acidificada, es decir sin ninguna adición de dióxido de titanio, a lo largo de algunas horas (como máximo 360 minutos = min.).

Los resultados de la velocidad de reacción inicial y los resultados acerca de la descomposición fotocatalítica de hidrocarburos clorados en una suspensión acuosa pura o acidificada se exponen en la Tabla 3, la Tabla 4 y la Tabla 5.

Una velocidad de reacción inicial especialmente alta de la descomposición del ácido dicloroacético y del 4-cloro-fenol (concentración inicial de ambos hidrocarburos clorados: c = 120 mg/l) en una suspensión acuosa pura o acuosa acidificada mediando irradiación con rayos UV, la tienen unos dopajes con Al₂O₃, PtO₂ o MgO en comparación con el Degussa P 25 (véase la Tabla 5).

Si se usa ZnO como sustancia de dopaje, entonces, según sean la superficie según BET y la cantidad de dopaje, se consiguen diferentes efectos.

En el caso de una superficie según BET de 78 m²/g y de una cantidad de dopaje con ZnO de 430 ± 20 ppm, se disminuye en gran manera la velocidad de reacción inicial de la descomposición del ácido dicloroacético y del 4-cloro-fenol en una suspensión acuosa pura o acuosa acidificada mediando irradiación con rayos UV, en comparación con el Degussa P 25.

En el caso de una superficie según BET de 56 m²/g y de una cantidad de dopaje con ZnO de 0,13 (± 0,02%) la velocidad de reacción inicial en el caso de la descomposición del ácido dicloroacético en una suspensión acuosa pura o acuosa acidificada mediando irradiación con rayos UV se aumenta solamente en un 29% en comparación con el Degussa P 25.

En el caso de la descomposición de 4-cloro-fenol,...

1. Dióxido de titanio pirógeno producido mediante hidrólisis ígnea, con una superficie específica según BET de 65 a 80 m²/g, que contiene un óxido seleccionado entre el conjunto formado por óxido de zinc, óxido de platino, óxido de magnesio y/u óxido de aluminio como componentes de dopaje, en una cantidad de 40 a 800 ppm.

2. Procedimiento para la producción de un dióxido de titanio producido por vía pirógena, dopado mediante un aerosol de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en una llama, tal como se utiliza para la producción de dióxido de titanio pirógeno mediante una hidrólisis ignea, se alimenta un aerosol, este aerosol se mezcla homogéneamente antes de, o durante, la reacción con la mezcla gaseosa procedente de la hidrólisis ígnea, la mezcla gaseosa con el aerosol se deja reaccionar totalmente en una llama y los óxidos resultantes, que se han producido por vía pirógena y están dopados, se separan de una manera conocida con respecto de la corriente gaseosa, sirviendo como producto de partida del aerosol una solución de una sal o una suspensión, que contiene el componente de la sustancia que se ha de dopar, el cual puede ser una sal de un metal o una sal de un metaloide o mezclas de ambas, o una suspensión de un compuesto insoluble de un metal o de un metaloide, o de una mezcla de ambos, siendo producido el aerosol por nebulización mediante una boquilla para dos materiales o mediante un generador de aerosoles, preferiblemente después de la nebulización por ultrasonidos.

3. Utilización del dióxido de titanio dopado mediante un aerosol, producido por vía pirógena de acuerdo con la reivindicación 1, como un fotocatalizador.

4. Utilización del dióxido de titanio dopado mediante un aerosol, producido por vía pirógena de acuerdo con la reivindicación 1, como un adsorbente para radiación de UV.

5. Utilización del dióxido de titanio dopado mediante un aerosol, producido por vía pirógena de acuerdo con la reivindicación 1, para la purificación de un agua residual.

6. Utilización del dióxido de titanio dopado mediante un aerosol, producido por vía pirógena de acuerdo con la reivindicación 1, para la purificación de un aire de salida y de gases de escape.