Procedimiento de medición de la actividad fotocatalítica de materiales cementosos.

Procedimiento de medición de la actividad fotocatalítica de un material cementoso que contiene fotocatalizadores,

que comprende medir la fuerza electromotriz generada entre dos electrodos colocados en contacto respectivamente con un área iluminada y un área oscura de dicho material.

Procedimiento de medición de la actividad fotocatalítica de materiales cementosos Campo de aplicación La presente invención se refiere al campo de la fotocatálisis y, en particular, de la construcción de materiales que comprenden sustancias fotocatalizadoras.

Técnica anterior Los fotocatalizadores son generalmente semiconductores que tienen una diferencia de energía entre la banda de conducción (CB) y la banda de valencia (VB) , que puede superarse por medio de irradiación UV. El valor del intervalo de energía (Eg) entre las dos bandas depende de diversos factores, principalmente la naturaleza del semiconductor.

Cuando la superficie del fotocatalizador se ilumina, los fotones con una energía mayor que la del intervalo de energía (Eg) pueden ser absorbidos por los electrones que se encuentran en la banda de valencia del semiconductor. Los electrones fotoexcitados que tienen suficiente energía pueden ser estimulados por la banda de valencia con respecto a la banda de conducción con mayor energía. Con este mecanismo se crea un par electrónagujero (e -/h+) que puede aprovecharse químicamente para activar, por ejemplo, reacciones redox, también a través de la formación de radicales de oxígeno (óxido y superóxido) .

El dióxido de titanio (TiO2) es un semiconductor, con un Eg igual a aproximadamente 3 eV. El TiO2 se activa por radiación de luz incidente con una longitud de onda igual a aproximadamente 400 nm, que corresponde a un UV cercano. Más particularmente la forma de anatasa del TiO2 tiene una diferencia de energía entre CB y VB de 3, 23 eV, que corresponde a una longitud de onda de 384 nm; la forma de rutilo del TiO2 tiene una diferencia de energía entre las dos bandas de 3, 02 eV que corresponda a una longitud de onda de 411 nm.

Las propiedades que se han mencionado anteriormente del TiO2 también se manifiestan cuando está presente, en la superficie o mezclado a granel, en productos cementosos: por lo tanto, estos productos se comportan como fotocatalizadores reales.

Los cementos con actividad fotocatalítica y que contienen TiO2 se conocen desde hace tiempo y tienen numerosas aplicaciones, por ejemplo, en pavimentos de carreteras, en las paredes de los edificios, en las bóvedas de los túneles, etc. (véanse, por ejemplo, los documentos WO98/05601 y WO2004/074202) . Gracias a la actividad fotocatalítica son capaces, en presencia de humedad y luz ambientales, de descomponerse a través del contacto con una amplia gama de contaminantes atmosféricos, incluyendo, por ejemplo, óxidos de nitrógeno.

Desde el punto de vista del control de calidad en la producción, y del control de los rendimientos de los productos in situ, es interesante poder medir el alcance de la actividad fotocatalítica de un material cementoso que contiene TiO2 u otros fotocatalizadores. De hecho, la actividad puede variar, a veces de manera impredecible, en base a diversos factores que incluyen la concentración, el nivel de dispersión, la superficie específica, el nivel de limpieza de la superficie, etc.

45 Se han descrito algunos procedimientos para medir la actividad de los fotocatalizadores. En general se basan en el uso de indicadores apropiados que se descomponen por el fotocatalizador, en proporción a su actividad. Entre los indicadores es posible usar sustancias orgánicas coloreadas: la descomposición se refleja en una modificación del espectro de absorción del indicador, que puede estar relacionado con el alcance de la actividad fotocatalítica. Otros 50 procedimientos proporcionan una cuantificación directa de la masa del indicador residual o de sus productos de descomposición. Algunos autores proponen el uso de haluros alcalinos que, tras una reacción de reducción catalizada por el fotocatalizador, producen una cantidad de iones de hidróxido y, por lo tanto, una variación del pH proporcional a la actividad fotocatalítica. También se han descrito sistemas que comprenden un detector apropiado que se coloca a una corta distancia de la superficie del fotocatalizador; el detector es capaz de detectar radicales 55 libres generados por la fotooxidación de un indicador, cuya cantidad es proporcional a la actividad del fotocatalizador. Strini y col. (Applied Catalysis B, Vol. 61 (2005) , 90-97) describen la medición de la actividad fotocatalítica analizando la composición de un gas que ha pasado un material cementoso que contiene fotocatalizadores.

Todos los procedimientos que se han mencionado anteriormente tienen limitaciones desde el punto de vista de su practicidad y, a menudo, son difíciles de realizar en artículos de fabricación ya in situ. Más particularmente, las reacciones que implican el uso de indicadores con frecuencia funcionan únicamente en solución o requieren la formación de películas apropiadas, lo que hace su uso imposible en estructuras ya formadas, por ejemplo, artículos 5 cementosos de fabricación. Incluso cuando esto puede ser posible, la adición de indicadores al artículo de fabricación es un procedimiento inapropiado y puede provocar daños en la superficie del mismo. Los detectores para radicales requieren una tecnología sofisticada y costosa y el registro de estas especies de manera completa y reproducible es difícil. Además, todos los procedimientos que se han mencionado anteriormente proporcionan una indicación de potencia fotocatalítica relativa, es decir, determinada por la capacidad de descomposición de una determinada especie química o en la detección de elementos de descomposición específicos: no proporcionan una indicación absoluta de las propiedades fotocatalíticas, es decir, de la intensidad con la que actúa el mecanismo básico de fotoexcitación, en base a la fotocatálisis.

Por lo tanto, se nota la necesidad de procedimientos de medición de la actividad fotocatalítica que sean sensibles, fiables y económicos. Estos procedimientos deben pueden aplicarse con facilidad a los artículos de fabricación que se van a muestrear, tanto durante la producción como durante su vida útil. También se requiere un procedimiento que permita una valoración absoluta de la actividad fotocatalítica. Estas necesidades se notan particularmente en el campo de los cementos fotocatalíticos y, más especialmente, en los que contienen dióxido de titanio, en los que se aplican ampliamente fotocatalizadores en este sector. Finalmente, existe la necesidad de procedimientos que sean particularmente adecuados (en cuanto a estabilidad y sensibilidad) para los productos cementosos, que a menudo se caracterizan por una tasa relativamente baja de TiO2 en el estado dispersado en la masa entera del producto o estratificado sobre su superficie.

Resumen de la invención El objeto de la presente invención es un procedimiento de medición de la actividad fotocatalítica de materiales cementosos que contienen fotocatalizadores, que comprende la medición de la fuerza electromotriz generada entre dos electrodos situados en contacto respectivamente con un área iluminada y un área oscura de dicho material. El procedimiento es preciso, fácil de aplicar y capaz de detectar y distinguir niveles de actividad fotocatalítica que se generan habitualmente por los cementos que contienen fotocatalizadores.

Descripción de los dibujos Figura 1: Medición de la EMF frente al tiempo para el espécimen de cemento 1 que contienen fotocatalizador (TiO2 35 al 5%) sometido a un ciclo UV/oscuridad.

Figura 2: Medición de la EMF frente al tiempo para el espécimen de cemento 1B que no contiene fotocatalizador sometido a un ciclo UV/oscuridad.

Figura 3: Medición de la EMF frente al tiempo de día para el espécimen que contiene fotocatalizador (TiO2 al 5%) sometido al ciclo de luz ambiental.

Descripción detallada 45 La presente invención se basa en el hallazgo de que, entre dos electrodos situados respectivamente en un área iluminada y un área oscura de un material cementoso que contiene un fotocatalizador, se establece una fuerza electromotriz (EMF) de intensidad proporcionar al movimiento de los electrones del fotocatalizador entre la banda de valencia y la de conducción. Este flujo, en el que independientemente de la reacción de descomposición de los materiales específicos, proporciona una indicación no relativa de las propiedades fotocatalíticas del material en 50 cuestión.

El procedimiento en cuestión es adecuado para medir la actividad de cualquier material que contenga un fotocatalizador. El término "fotocatalizador" usado en esta solicitud no debe entenderse limitado a fotocatalizadores individuales sino que incluye también las combinaciones de dos o más... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de medición de la actividad fotocatalítica de un material cementoso que contiene fotocatalizadores, que comprende medir la fuerza electromotriz generada entre dos electrodos colocados en 5 contacto respectivamente con un área iluminada y un área oscura de dicho material.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fotocatalizador comprende dióxido de titanio, presente al menos parcialmente en forma de anatasa.

3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el fotocatalizador se dispersa a granel en el material o se estratifica sobre su superficie.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el fotocatalizador está presente, a granel en el material o en una fase estratificada sobre su superficie, en una concentración en peso 15 comprendida entre el 0, 5% y el 10%.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el material cementoso es un mortero, un hormigón, un yeso, un recubrimiento cementoso o una pintura cementosa.

20 6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el material cementoso es un artículo de fabricación, por ejemplo, un pavimento o un elemento del mismo, una pared o un elemento de la misma, una bóveda de un túnel o un elemento de la misma, una muestra o un espécimen tomado de un artículo de fabricación in situ.

25 7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la fuerza electromotriz se mide por medio de un multímetro conectado a los dos electrodos.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el fotocatalizador es dióxido de titanio y el área iluminada se irradia con una longitud de onda comprendida entre 350 nm y 400 nm. 30

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, realizado en continuo durante un periodo de tiempo determinado.

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, realizado a través de varias 35 observaciones repetidas.

11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la fuerza electromotriz de una muestra sin fotocatalizador equivalente a la muestreada se deduce a partir de la fuerza electromotriz medida.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que el nivel medido de actividad fotocatalítica se usa para controlar la calidad de los materiales cementosos recién producidos.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que el nivel medido

45 de actividad fotocatalítica se usa para controlar la calidad de los materiales cementosos ya in situ y sometidos a desgaste.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que el nivel medido de actividad fotocatalítica se usa como indicador para seleccionar/cribar/investigar nuevos materiales cementosos 50 que tienen un nivel predeterminado de actividad fotocatalítica.