Mezcla fotocatalítica para la degradación de óxidos de nitrógeno.

Un primer aspecto de la invención consiste en una mezcla fotocatalítica destinada a conseguir la degradación de óxidos de nitrógeno mediante la combinación sinérgica de dos compuestos: el TiO{sub,2}, en cualquiera de sus fases cristalinas o en estado amorfo, y uno o varios feldespatos tales como la carnegeita o la nefelina.Un segundo aspecto de la invención consiste en la obtención de dicha combinación dando lugar a productos con capacidad de degradación de óxidos de nitrógeno

Mezcla fotocatalítica para la degradación de óxidos de nitrógeno.

Objeto de la invención

Un primer aspecto de la invención consiste en una mezcla fotocatalítica destinada a conseguir la degradación de óxidos de nitrógeno mediante la combinación sinérgica de dos compuestos: el TiO₂, en cualquiera de sus fases cristalinas o en estado amorfo, y uno o varios feldespatos tales como la carnegeita o la nefelina.

Un segundo aspecto de la invención consiste en la obtención de dicha combinación dando lugar a productos con capacidad de degradación de óxidos de nitrógeno.

Antecedentes de la invención

Los feldespatos son aluminosilicatos constituidos por aluminio, silicio, y oxigeno. Su estructura consiste en una base de silicio en la que una parte ha sido sustituida, isomórficamente, por aluminio. Al desequilibrarse las cargas se compensan con cationes metálicos (K⁺, Na⁺, Ca⁺²). Estos materiales sólidos pueden adsorber compuestos en su superficie.

Por su parte, existen unos materiales relacionados conocidos como feldespatoides que son un grupo de tectosilicatos que se asemejan a los feldespatos, pero que tienen una diferente estructura y un contenido en silicio mucho menos. La relación Si/Al es prácticamente 1:1 en los feldespatoides, pero es próxima a 1:3 en los feldespatos.

Además los feldespatoides tienen estructuras cristalinas con poros y menos densidad de red que los feldespatos. Estos poros no están interconectados entre ellos y no permiten la difusión de iones o moléculas en su interior.

La aplicación tanto de los feldespatos como los materiales feldespatoides para aliviar el problema de la contaminación atmosférica de óxidos de nitrógeno (NO_x) disminuyendo la concentración de estos gases en aire contaminado presenta el problema de que aunque los feldespatos y materiales feldespatoides tienen cierta capacidad de adsorción, una vez que se saturan desaparece su capacidad para reducir el porcentaje de NO_x. Se entiende por NO_x cualquier óxido de nitrógeno independientemente de la relación atómica N/O y sus mezclas en cualquier proporción.

La cantidad máxima de NO_x que el feldespato y los materiales feldespatoides es capaz de adsorber depende de la presencia en el aire de otras substancias, además de N₂, O₂ y H₂O, que puedan competir por la adsorción de los óxidos de nitrógeno en el sólido.

Así, la cantidad máxima de NO_x adsorbida es mayor cuando el NO_x se encuentra en una corriente de aire seco que cuando se encuentra en una corriente de aire húmedo, ya que en este último caso la adsorción del NO_x compite (desfavorablemente) con la adsorción del agua presente en el aire húmedo.

Por lo tanto, la capacidad de retirada de NO_x del aire no se debe a un fenómeno de degradación del NO_x sino de adsorción del gas sobre el feldespato y material feldespatoide, y además, éste alcanza un grado de saturación. De hecho, es necesario que la superficie del feldespato o mezcla de ellos esté libre para alcanzar la máxima capacidad de adsorción de NO_x, por NO_x que para un uso como adsorbente se debe activar los feldespatos antes de ser usados por ejemplo mediante un tratamiento térmico a 350º-450º a vacío en corriente de N₂.

Por otra parte, también es conocido el uso de TiO₂ puro para conseguir una disminución de la cantidad de NO_x en el aire siempre y cuando el material se encuentre irradiado con luz ultravioleta.

En el caso del TiO₂, la disminución de la concentración de NO_x en el aire no es preferentemente debido a un fenómeno de adsorción (ya que hemos determinado que la disminución de concentración de NO_x en un efluente gaseoso en ausencia de luz es despreciable), sino que es debido a la actuación de un proceso fotocatalítico.

La retirada de NO_x del aire en este caso si que se lleva a cabo por transformación química del óxido de nitrógeno; sin embargo, experimentos llevados a cabo en laboratorio muestran que la actividad del TiO₂ es limitada puesto que se produce un decaimiento en la actividad del óxido de titanio llegando a extinguirse dicha actividad.

La presente invención consiste en una mezcla fotocatalítica que combina de forma sinérgica TiO₂ y materiales feldespatoides, tales como la carnegeita y nefelita, de tal modo que dicha mezcla fotocatalítica muestra una actividad de los componentes individuales produciéndose una sinergia que determina que ésta no se extinga.

Descripción de la invención

Un primer aspecto de la invención consiste en una mezcla fotocatalítica para la degradación de óxidos de nitrógeno. Esta mezcla fotocatalítica comprende una combinación de TiO₂ y de carnegeita, o TiO₂ y mezclas de feldespatoides (carnegeita junto con nefelita ó ambos junto con mullita en varias proporciones) de tal modo que se establece una relación sinérgica entre el TiO₂ y los materiales feldespatoides. Como materiales feldespatoides se entiende un grupo de tectosilicatos que se asemejan a los feldespatos, pero que tienen una diferente estructura y un contenido en silicio mucho menor. La relación Si/Al es prácticamente 3:1 en los feldespatoides, pero es próxima a 1:1 en los feldespatos. Además los feldespatoides tienen estructuras cristalinas con poros y menor densidad de red que los feldespatos. Estos poros no están interconectados entre ellos y no permiten la difusión de iones o moléculas en su interior.

Por su parte los feldespatos tienen de formula general XAl_(1-2) Si_(3-2) O₈ donde X en la fórmula puede ser Na y/o K y/o Ca. Generalmente la relación Si/Al en los feldespatos es 1:1. Los átomos de Si y Al ocupan los centros de tetraedros conectados por los vértices formando una red tridimensional cargada negativamente. Los cationes X de la formula aseguran la electroneutralidad del sólido.

El TiO₂ de la mezcla mantiene su actividad fotocatalítica en presencia de luz ultravioleta de tal modo que, en contacto con una atmósfera con presencia de NO_x, reacciona con los NO_x dando lugar a otros compuestos y como resultado, se produce la retirada del NO_x de dicha atmósfera circundante.

Este comportamiento que termina extinguiéndose en el caso del TiO₂ cuando se encuentra en estado puro, se prolonga por un tiempo considerablemente más largo cuando se trata de la mezcla basada en la combinación de TiO₂ y feldespatoide. Inicialmente se produce una retirada del NO_x de la atmósfera circundante sensiblemente más intensa que si el TiO₂ estuviese puro; y tras reducirse se alcanza un estado estacionario y asintóticamente constante que se mantiene por un periodo de tiempo notablemente más largo que en ausencia del feldespatoide.

Tal y como se describirá en la exposición detallada de la invención, las maneras de combinar el material feldespatoide y el TiO₂ pueden ser según distintos modos de realización.

Es importante desde el punto de vista del rendimiento de la mezcla fotocatalítica obtenida, respecto de su actividad de degradación de NO_x, que exista una unión intima entre ambos componentes por ejemplo mediante molturación o compactación para que el contacto entre partículas sea elevado.

El feldespatoide suele presentarse con una granulometría mucho mayor que la del TiO₂.

Un segundo aspecto de la invención establece un procedimiento de obtención de la mezcla fotocatalítica haciendo uso de la molienda de ambos componentes de tal modo que se reduce la granulometría del feldespatoide equiparándola y estableciendo el grado de contacto deseado.

Un tercer procedimiento de obtención de la mezcla fotocatalítica hace uso del feldespatoide húmedo. El feldespatoide húmedo y con una granulometría mayor que el polvo de TiO₂ es capaz de retener dicho polvo de TiO₂ en su superficie preferentemente aplicado mediante pulverización. De este modo, el TiO₂ queda depositado sobre las partículas de mayor tamaño del feldespatoide. Un posterior proceso de secado da lugar a la vinculación definitiva de los dos componentes.

Otro modo de preparación...

1. Mezcla fotocatalítica para la degradación de óxidos de nitrógeno caracterizada porque comprende una combinación fotocatalíticamente activa de TiO₂ y de material feldespatoide.

2. Mezcla según la reivindicación 1 caracterizada porque la combinación está constituida por una mezcla de polvo de TiO₂ y material feldespatoide constituido por carnegeita, nefelita o una combinación de ambas en cualquier proporción.

3. Mezcla según la reivindicación 1 caracterizada porque la combinación está constituida por material feldespatoide cuyas partículas se encuentran recubiertas por TiO₂.

4. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque el TiO₂ está en fase anatasa, rutilo, amorfa o mezcla de ellas en cualquier proporción.

5. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque el material feldespatoide es carnegeita, nefelita, mullita o combinación de ellas en cualquier proporción.

6. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque la proporción TiO₂/material feldespatoide en peso se encuentra entre un 10% y un 90% de peso de TiO₂ respecto al peso de material feldespatoide.

7. Mezcla según la reivindicación 6 caracterizada porque la proporción TiO₂/material feldespatoide en peso se encuentra entre un 40% y un 60% de peso de TiO₂ respecto al peso de material feldespatoide.

8. Mezcla según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende un sustrato de fijación para permitir su aplicación a superficies.

9. Elemento constructivo caracterizado porque comprende un sustrato soporte tipo bloque o placa en el que la mezcla fotocatalítica forma parte de su composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Elemento constructivo caracterizado porque comprende un sustrato soporte tipo bloque o placa en el que al menos una sus caras comprende una capa o una impregnación de la mezcla fotocatalítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

11. Uso de una mezcla según las reivindicación 1 a 8 caracterizado porque dicha mezcla se aplica sobre una superficie expuesta a un entorno gaseoso conteniendo óxidos de nitrógeno; y la superficie sobre la que se ha aplicado la mezcla, se expone a una radiación de UV o bien proveniente del sol o bien artificial.

12. Procedimiento de obtención de una mezcla según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque se lleva a cabo un proceso de mezcla de polvo de TiO₂ y de polvo de material feldespatoide tras el cual se aplica una molienda hasta obtener la misma granulometría en los dos componentes.

13. Procedimiento de obtención de una mezcla según la reivindicación 12 caracterizado porque la molienda se lleva a cabo mediante un molino de microesferas.

14. Procedimiento de obtención de una mezcla según las reivindicaciones 1 y 3 caracterizado porque se toma polvo de material feldespatoide húmedo y polvo de TiO₂ con una granulometría del material feldespatoide mayor que la del TiO₂, y sobre el material feldespatoide se lleva a cabo una proyección de polvo de TiO₂ hasta que se consigue el recubrimiento del material feldespatoide; y por último la mezcla fotocatalítica obtenida se deja secar.

15. Procedimiento según la reivindicación 14 en el que la aportación de material de feldespatoides se realiza partiendo de precursores del material feldespatoide y/o del óxido de titanio, produciéndose la transformación de fase en el tratamiento físico, químico o físico-químico.

16. Procedimiento según la reivindicación 15 en el se somete a cocción una mezcla íntima de zeolita 4A y dióxido de titanio en proporción másica adecuada y se trata térmicamente a temperaturas entre 600 y 1200ºC.

17. Procedimiento según la reivindicación 16 donde la temperatura de la transformación de la mezcla de zeolita 4A y dióxido de titanio se lleva a cabo preferentemente entre 600ºC y 800ºC.