Proceso para preparar dispersiones de TiO2 en forma de nanopartículas, y dispersiones que pueden obtenerse con el presente proceso y funcionalización de superficies mediante la aplicación de dispersiones de TiO2.

Proceso para preparar dispersiones nanoparticuladas de anatasa TiO2 en una mezcla de agua y un disolventecomplejante adecuado que comprende las siguientes etapas:



i) hacer que reaccione un alcóxido de titanio con un disolvente complejante adecuado;

ii) destilar la solución obtenida a partir de la etapa i);

iii) añadir, en condiciones ácidas, agua a la solución obtenida a partir de la etapa ii) junto con dicho disolventecomplejante y uno o más inhibidores de policondensación, calentando a continuación la mezcla de reacción areflujo para obtener la dispersión nanoparticulada deseada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2005/056478.

Solicitante: COLOROBBIA ITALIA S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA PIETRAMARINA, 53 50053 SOVIGLIANA VINCI (FIRENZE) ITALIA.

Inventor/es: BALDI, GIOVANNI, BITOSSI, MARCO, BARZANTI,ANDREA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/86 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Procedimientos catalíticos.
  • B01J35/00 B01 […] › B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › Catalizadores en general, caracterizados por su forma o propiedades físicas.
  • C01G23/053 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01G COMPUESTOS QUE CONTIENEN METALES NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES C01D O C01F (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 31/30; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C21B, C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01G 23/00 Compuestos de titanio. › Obtención por vía húmeda, p. ej. por hidrólisis de sales de titanio.
  • C03C17/25 C […] › C03 VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA.C03C COMPOSICION QUIMICA DE LOS VIDRIOS, VIDRIADOS O ESMALTES VITREOS; TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DEL VIDRIO; TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DE FIBRAS O FILAMENTOS DE VIDRIO, SUSTANCIAS INORGANICAS O ESCORIAS; UNION DE VIDRIO A VIDRIO O A OTROS MATERIALES.C03C 17/00 Tratamiento de la superficie del vidrio, p. ej., de vidrio desvitrificado, que no sea en forma de fibras o filamentos, por recubrimiento. › por depósito a partir de una fase líquida.

PDF original: ES-2391642_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Proceso para preparar dispersiones de TiO2 en forma de nanopartículas, y dispersiones que pueden obtenerse con el presente proceso y funcionalización de superficies mediante la aplicación de dispersiones de TiO2 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de procesos para preparar unos compuestos en forma de partículas nanométricas, y concierne en particular a un proceso para preparar dispersiones de TiO2 en forma de

nanopartículas.

Estado de la técnica

El dióxido de titanio se usa como un pigmento blanco con una buena capacidad de recubrimiento, en

particular en pinturas y en la producción de papel y de caucho sintético. Las aplicaciones más recientes del dióxido de titanio son las que aprovechan su actividad fotocatalítica, es decir su capacidad para generar, mediante la acción de la luz ultravioleta, unas especies de radicales capaces de catalizar la degradación oxidativa de sustancias nocivas o tóxicas tal como benceno, dioxano y otros contaminantes orgánicos, y también de sustancias desagradables e infeccionas tal como mohos y bacterias. Estas aplicaciones se extienden desde la lucha frente a

contaminantes en el campo ambiental, hasta el campo de la limpieza y la esterilización.

Para dichas aplicaciones, el dióxido de titanio se usa como un recubrimiento sobre las superficies que van a tratarse, con el fin de maximizar el efecto fotocatalítico. La forma cristalina de dióxido de titanio, a saber, anatasa, se prefiere para este tipo de aplicación debido a que, además de ser químicamente estable y de estar fácilmente 25 disponible, ésta tiene también una mayor actividad fotocatalítica que las otras dos formas cristalinas, rutilo y brookita.

Por otro lado, la superposición del espectro de absorción del dióxido de titanio con el espectro solar no es muy grande incluso en su forma de anatasa, lo que indica una baja eficiencia fotocatalítica. Por lo tanto, se han realizado varios intentos de modificar el TiO2, por ejemplo, dopando éste con otros metales o preparando el

compuesto en cuestión en forma de nanopartículas; de esta forma, se aumentan en gran medida el área superficial y, por lo tanto, la eficiencia fotocatalítica.

Se conocen varios procesos para preparar anatasa TiO2, incluso en una forma nanoparticulada, pero en la medida en la que es consciente el solicitante de la presente invención, todos estos procesos conducen a la

obtención de TiO2 en polvo.

Un proceso para preparar una suspensión de nanopartículas en un alcohol de alto punto de ebullición es el proceso de poliol que se describe, por ejemplo, en C. Feldmann “Polyol mediated synthesis of nanoscale functional materials” que permite la obtención de unas suspensiones muy estables durante un largo tiempo pero, al contrario

que el proceso que se reivindica en el presente documento, éste usa un ácido mineral como inhibidor de policondensación (véase también en conexión con esto el documento WO 99/62822) . C. Feldmann, Adv. Funct. Mater. 2003, 13 (2) , 101–107 describe unas suspensiones de partículas nanométricas de TiO2 en glicol en unas condiciones ácidas.

45 [0007] En el documento EP 770 579 se describe una sol de óxido de titanio modificada obtenida tratando una sol de óxido de titanio acuosa con un compuesto que tiene una actividad de transferencia de fase. Para poder usarse para preparar recubrimientos fotocatalíticos, este material en polvo ha de dispersarse en un disolvente adecuado y formularse posiblemente con aditivos para mejorar la adhesión del recubrimiento. Sin embargo, esto da lugar a que las partículas de dióxido de titanio se coagulen, lo que hace imposible mantener la actividad y la eficiencia

50 fotocatalítica del material particulado. Además, con el tiempo las partículas de TiO2 en estas dispersiones tienden a hundirse hasta el fondo de los recipientes en los que éstas están almacenadas, dando lugar a problemas de estabilidad durante el almacenamiento.

Por lo tanto, se aprecia la necesidad de proporcionar un proceso que posibilita que se preparen unas 55 dispersiones nanoparticuladas estables de dióxido de titanio en la forma de anatasa.

Sumario de la invención

El solicitante de la presente invención ha ideado ahora un proceso mediante el cual se obtiene TiO2

60 nanoparticulado en la forma de anatasa y ya dispersado en unos disolventes adecuados, pudiendo usarse éste directamente para preparar unos recubrimientos fotocatalíticos. Las dispersiones obtenidas con el proceso de la invención no han conducido a fenómenos de coagulación de partículas incluso después de un almacenamiento prolongado, lo que permite que se preparen unos recubrimientos que mantienen la actividad fotocatalítica del material particulado en virtud de la homogeneidad de dispersión.

65 [0010] La presente invención proporciona, por lo tanto, un proceso para preparar dispersiones nanoparticuladas de anatasa TiO2 en una mezcla de agua y un disolvente complejante adecuado, que comprende las siguientes etapas:

i) hacer que reaccione un alcóxido de titanio con un disolvente complejante adecuado;

ii) destilar la solución obtenida a partir de la etapa i) ; iii) añadir agua a la solución obtenida a partir de la etapa ii) junto con dicho disolvente complejante y uno o más inhibidores de policondensación, calentando a continuación la mezcla de reacción a reflujo, para obtener la dispersión nanoparticulada deseada.

Otro proceso para obtener unas suspensiones de nanopartículas de dióxido de titanio, TiO2, es la hidrólisis acuosa de alcóxidos de titanio tales como metóxido, etóxido, normal–propóxido, isopropóxido, normal–butóxido e isobutóxido de titanio. Se prefiere el isopropóxido de titanio por las mismas razones que se describen previamente.

Se añade isopropóxido de titanio a una disolución acuosa caliente que contiene un ácido mineral (tal como

ácido clorhídrico o nítrico) y un agente tensioactivo no iónico (tal como Triton X–100) . El proceso de hidrólisis se mantiene a reflujo durante 24 horas.

La invención también proporciona unas dispersiones nanoparticuladas de anatasa TiO2 en una mezcla de agua y un disolvente complejante adecuado, que pueden obtenerse con el proceso que se menciona anteriormente, y su uso para preparar unos recubrimientos superficiales fotocatalíticos para una acción antibacteriana, la descontaminación fotocatalítica de gas y líquidos y para preparar formulaciones cosméticas que protegen la piel frente a la luz del sol.

Las características y ventajas de la invención se ilustrarán en detalle en la siguiente descripción. 25

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra el difractograma obtenido a partir de un análisis de XRD del producto que se obtiene en el ejemplo 1, después de secar éste a 200 ºC durante 12 horas. La figura 2 muestra una foto de TEM de nanopartículas de TiO2 (90.000x) . La figura 3 muestra el difractograma obtenido a partir de un análisis de XRD del producto que se obtiene en el ejemplo 8.

35 Descripción detallada de la invención

Con el proceso de la invención, la formación de TiO2 en forma de anatasa tiene lugar directamente en la mezcla de agua/ disolvente complejante que se usa en la etapa i) , obteniendo al final del proceso una dispersión de partículas de TiO2 de un tamaño de entre 3 y 20 nm. La medición de tamaño de partícula se llevó a cabo con diferentes técnicas bien conocidas por el experto en la técnica, tal como XRD (difracción de rayos X) , FEG–SEM (Cañón de Emisión de Campo – Microscopía Electrónica de Barrido) , TEM (Microscopía Electrónica de Transmisión) y DLS (Dispersión de Luz Dinámica) . Estas dispersiones, al contrario que las que se preparan dispersando polvos nanométricos en mezclas de disolventes, no exhiben fenómenos ni de formación de aglomerados ni de coagulación y precipitación, incluso después de un almacenamiento prolongado de la dispersión.

45 [0017] Las ventajas de las dispersiones de este tipo son evidentes, y están relacionadas con la uniformidad y la efectividad fotocatalítica de los recubrimientos que pueden prepararse con las mismas. El índice de polidispersión de las dispersiones que pueden obtenerse... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para preparar dispersiones nanoparticuladas de anatasa TiO2 en una mezcla de agua y un disolvente complejante adecuado que comprende las siguientes etapas:

i) hacer que reaccione un alcóxido de titanio con un disolvente complejante adecuado; ii) destilar la solución obtenida a partir de la etapa i) ; iii) añadir, en condiciones ácidas, agua a la solución obtenida a partir de la etapa ii) junto con dicho disolvente complejante y uno o más inhibidores de policondensación, calentando a continuación la mezcla de reacción a reflujo para obtener la dispersión nanoparticulada deseada.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho disolvente complejante es un polietilenglicol.

3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho disolvente complejante es dietilenglicol. 15

4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho alcóxido de titanio se elige del grupo que consiste en metóxido, etóxido, normal–propóxido, isopropóxido, normal–butóxido e isobutóxido de titanio.

5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho alcóxido de titanio es isopropóxido de titanio.

6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho inhibidor de policondensación es una mezcla que comprende por lo menos un ácido mineral y un ácido orgánico.

7. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 6, en el que la cantidad de inhibidor de policondensación añadido

en la etapa iii) es tal que la cantidad del ácido mineral es de entre un 0, 1 y un 10 % en volumen del volumen total de la mezcla de reacción, mientras que la cantidad del ácido orgánico es de entre un 1 y un 20 % en volumen del volumen total de la mezcla de reacción.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho ácido mineral se elige del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido bromhídrico y ácido yodhídrico, siendo dicho ácido orgánico ácido acético.

9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho inhibidor de policondensación es una mezcla de ácido

clorhídrico y ácido acético. 35

10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación molar de dicho alcóxido de titanio con respecto a dicho disolvente complejante es 1:3.

11. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que también comprende la adición de una sal de los metales del primer o el segundo grupo de transición a la etapa i) o como alternativa a la etapa iii) .

12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dichos metales del primer o el segundo grupo de transición se eligen de Ag, Cu y Ce.

45 13. Dispersiones nanoparticuladas de anatasa TiO2 en una mezcla de agua y un disolvente complejante adecuado, que pueden obtenerse con el proceso tal como se define en las reivindicaciones 1–12.

14. Dispersiones de acuerdo con la reivindicación 13, en las que dicho disolvente complejante es un polietilenglicol.

15. Dispersiones de acuerdo con la reivindicación 14, en las que dicho disolvente complejante es dietilenglicol.

16. Uso de dispersiones nanoparticuladas de TiO2 tal como se define en las reivindicaciones 13–15, para preparar recubrimientos fotocatalíticos sobre superficies que requieren dicho tratamiento.

55 17. Uso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que dichos recubrimientos fotocatalíticos comprenden un agente tensioactivo.

18. Uso de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicho agente tensioactivo es un agente tensioactivo no iónico.

19. Uso de acuerdo con la reivindicación 18, en el que tal agente tensioactivo no iónico es Triton x 100.

20. Uso de acuerdo con las reivindicaciones 16–19, en el que dichas superficies se eligen de las superficies de textiles, metálicas, productos de cerámica y vitrificados.

65 21. Uso de dispersiones nanoparticuladas de TiO2 tal como se define en las reivindicaciones 13–15, para la descontaminación fotocatalítica de gas y líquidos.

22. Uso de dispersiones nanoparticuladas de TiO2 tal como se define en las reivindicaciones 13–15, para preparar formulaciones cosméticas con alta protección de la piel frente al sol.


 

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