Óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado y proceso para la fabricación del mismo.

Pigmento de óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado,

en donde la carga de TiO2final en el pigmento de óxido de hierro es de hasta el 50% en peso, en referencia al peso seco total de lospigmentos cargados, obtenible mediante un proceso, que comprende las etapas de:

a. adicionar una solución acuosa de por lo menos una sal de titanilo a una dispersión de pigmento de óxidode hierro para formar una mezcla de reacción;

b. precipitar dióxido de titanio sobre dicho pigmento de óxido de hierro adicionando un álcali, en donde eldióxido de titanio se precipita por lo menos parcialmente en una forma cristalina;

c. aislar el pigmento resultante de óxido de hierro que contienen dióxido de titanio con respecto a la mezclade reacción;

en donde la dispersión de pigmento de óxido de hierro y/o la mezcla de reacción se calienta a una temperaturade por lo menos 50 ºC, y el pH de la mezcla de reacción durante la adición de la solución de sal de titanilo y/oel álcali a la dispersión de pigmento de óxido de hierro se mantiene por debajo de 6 yen donde el pigmento de óxido de hierro se selecciona de óxido de hierro amarillo, óxido de hierro rojo ymezclas de los mismos.

Óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado y proceso para la fabricación del mismo [0001] La presente invención se refiere a partículas de óxido de hierro recubiertas con dióxido de titanio cristalino, obtenibles mediante un proceso según se define en la reivindicación 1. La invención se refiere además al uso del material fotocatalíticamente activo resultante.

Antecedentes de la invención [0002] En el pasado se han propuesto diferentes tecnologías dirigidas a la cuestión del recubrimiento de una capa de soporte con dióxido de titanio, por ejemplo, las técnicas pirogénicas. Por ejemplo, el documento US 20030037705 da a conocer un polvo de dióxido de titanio que contiene óxido de hierro, el cual se obtiene mediante hidrólisis a la llama de FeCl3 y TiCl4. Sin embargo, esto da como resultado una mezcla de los dos óxidos, y no se da a conocer ninguna indicación de fase cristalina alguna. El documento JP 2004231927 revela la deposición de Ti2O3 sobre partículas de sol de sílice dispersando conjuntamente sol de sílice y partículas de trióxido de dititanio obtenidas mediante cocción de una mezcla de hidruro de titanio y dióxido de titanio en una atmósfera inerte.

Además, se han propuesto procesos electroquímicos para recubrir capas de soporte con dióxido de titanio, por ejemplo, en “Formation on nanoporous titanium oxide films on silicon substrates using an anodization process”, Yu et al., Nanotechnology, 2006, 17, 808-814, una película porosa de dióxido de titanio se deposita sobre un sustrato de silicio mediante procesos electroquímicos.

La mayor parte de las publicaciones trata sobre técnicas hidrolíticas. Por ejemplo, el documento US2004120884 revela el recubrimiento de partículas portadoras, tales como polímeros orgánicos, con un sol de partículas de dióxido de titanio obtenidas después de varias etapas del proceso. En esta publicación no se da a conocer ninguna fase cristalina del recubrimiento final. Además, el documento US 5837050 da a conocer un proceso para elaborar un sol de hierro que contiene cristalito de rutilo, en donde el material final es una solución de partículas de rutilo recubiertas con óxido de hierro. El documento US 6.566.300 revela la preparación de un fotocatalizador por impregnación de zeolita ZSM-5 con una solución de tetraisopropóxido de titanio. Se describe otro proceso de recubrimiento en el documento JP 2004161978, en el que una partícula de pigmento, como una sustancia inorgánica, se recubre con dióxido de titanio, y a continuación el pigmento recubierto se calcina. No se ofrece ninguna indicación de una fase de dióxido de titanio cristalino. Yamabi et al., Chem. Mater., 2002, 14, 609-614, describen la precipitación de dióxido de titanio a partir de una solución con un pH por debajo de 2 a temperatura ambiente, y se puede obtener una fase anatasa o rutilo, en función del pH y de la concentración de titanio (IV) . No obstante, es necesario adicionar cloruro de bario como intercambiador iónico, y la solución se debe dejar a 60 ºC durante varios días. Penpolcharoen et al., J. Adv. Oxide. Technol., 2002, 5, 1, describen un método sol/gel para recubrir partículas de nano-hematites y hematites coloidal con dióxido de titanio. En la etapa final del proceso, el material se calcina a 873K. Se obtienen ambas fases del dióxido de titanio, aunque no se logra un control de las proporciones relativas de las fases. El documento EP 0 282 329 B1 da a conocer óxido de hierro micáceo en escamas que se recubre hidrotérmicamente con dióxido de titanio de tipo rutilo en presencia de sales de Zn, Sn, Sb, Li. Es necesario calcinar la capa de recubrimiento a una temperatura que va desde 500 ºC a 1.000 ºC. Yin et al.,

J. Mater. Chem. 2001, 11, 1694-1703, dan a conocer una suspensión de dióxido de titanio amorfo que, por tratamiento hidrotérmico bajo condiciones ácidas, conduce a la formación de una mezcla de nanocristalitos de anatasa, brookita y rutilo. El proceso dado a conocer en este documento conlleva un tratamiento en autoclave a 150 ºC durante 21 h.

Gennari y Pasquevich, J. Material Sci., 1998, 22, 1571-1578, describen un proceso en el cual una mezcla física de anatasa, rutilo (anatasa 95 %) y α-Fe2O3 se calienta a una temperatura por encima de 400 ºC para estudiar la cinética de la transformación de fase del TiO2. La presencia de óxido de hierro potencia la conversión de anatasa en rutilo debido a que iones Fe3+ que se difunden dentro de los cristales de TiO2 permiten la formación de vacantes de oxígeno. Sato et al., J. Material Sci., 2006, 41, 1433-1438, describen una precipitación homogénea de TiO2 dopado tipo N, a partir de una solución orgánica de TiCl3. El material requiere calcinaciones para convertirse en TiO2 dopado con nitrógeno cristalino. La composición de la fase depende del pH de la solución de precipitación y del cambio del disolvente de anatasa a rutilo o brookita.

Cuando se consulta la técnica anterior, es evidente que resulta difícil obtener dióxido de titanio que se estratifique uniformemente sobre un soporte. Muchas de las publicaciones citadas no logran en absoluto una fase de cristal, y algunas de aquellas que dan a conocer un proceso que da como resultado una, o tal vez la otra, fase de dióxido de titanio cristalino, no pueden garantizar las proporciones de la composición de la fase de cristal. Por lo tanto, existe una necesidad de un proceso mediante el cual se pueda controlar la composición de la fase de cristal del dióxido de titanio cambiando algunas de las condiciones operativas.

Otra de las necesidades consiste en depositar dióxido de titanio con una estructura nanocristalina. Además, muchos de los procesos de la técnica anterior resultan ser bastante costosos y elaborados, por ejemplo incluyen etapas de calcinación o tratamiento en autoclave. De este modo, existe una necesidad adicional de un proceso para la EP 2186779

deposición de dióxido de titanio sobre un soporte, el cual sea sencillo y rentable.

Resumen de la invención [0008] Es un objetivo de la presente invención proporcionar partículas de óxido de hierro que comprendan dióxido de titanio cristalino para su uso como material fotocatalíticamente activo.

La solución a los objetivos anteriores se proporciona por medio de los productos descritos en las reivindicaciones independientes adjuntas a la presente. A partir de una combinación de las características de las reivindicaciones dependientes con las correspondientes de las reivindicaciones independientes surgen realizaciones preferidas.

La presente invención proporciona un pigmento de óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado, en donde la carga de TiO2 final en el pigmento de óxido de hierro es de hasta el 50% en peso, en referencia al peso seco total de los pigmentos cargados, obtenible mediante un proceso, que comprende las etapas de:

a. adicionar una solución acuosa de por lo menos una sal de titanilo a una dispersión de pigmento de óxido de hierro para formar una mezcla de reacción;

b. precipitar dióxido de titanio sobre dicho pigmento de óxido de hierro adicionando un álcali, en donde el dióxido de titanio se precipita por lo menos parcialmente en una forma cristalina;

c. aislar el pigmento resultante de óxido de hierro que contienen dióxido de titanio con respecto a la mezcla de reacción;

en donde la dispersión de pigmento de óxido de hierro y/o la mezcla de reacción se calienta a una temperatura de por lo menos 50 ºC, y el pH de la mezcla de reacción durante la adición de la solución de sal de titanilo y/o el álcali a la dispersión de pigmento de óxido de hierro se mantiene por debajo de 6 y en donde el pigmento de óxido de hierro se selecciona de óxido de hierro amarillo, óxido de hierro rojo y mezclas de los mismos.

Preferentemente, la precipitación de dióxido de titanio se realiza mediante adición simultánea o secuencial de por lo menos un álcali a la mezcla de reacción. Esto se puede realizar, por ejemplo, adicionando la solución de sal de titanilo a la dispersión de partículas de óxido de hierro simultáneamente con el álcali, por ejemplo, a la dispersión de partículas de óxido de hierro se le pueden adicionar simultáneamente la solución de sal de titanilo y una solución de álcali independiente. Alternativamente, se puede lograr la precipitación mediante la adición de una mezcla preformada de la por lo menos una sal de titanilo y un álcali a la dispersión de partículas de óxido de hierro.

Cuando se adicionan simultáneamente la solución de sal de titanilo y el álcali a la dispersión de partículas de óxido de hierro, el pH de la mezcla de reacción se controla... [Seguir leyendo]

1. Pigmento de óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado, en donde la carga de TiO2

final en el pigmento de óxido de hierro es de hasta el 50% en peso, en referencia al peso seco total de los 5 pigmentos cargados, obtenible mediante un proceso, que comprende las etapas de:

a. adicionar una solución acuosa de por lo menos una sal de titanilo a una dispersión de pigmento de óxido de hierro para formar una mezcla de reacción;

b. precipitar dióxido de titanio sobre dicho pigmento de óxido de hierro adicionando un álcali, en donde el dióxido de titanio se precipita por lo menos parcialmente en una forma cristalina;

c. aislar el pigmento resultante de óxido de hierro que contienen dióxido de titanio con respecto a la mezcla de reacción;

en donde la dispersión de pigmento de óxido de hierro y/o la mezcla de reacción se calienta a una temperatura de por lo menos 50 ºC, y el pH de la mezcla de reacción durante la adición de la solución de sal de titanilo y/o el álcali a la dispersión de pigmento de óxido de hierro se mantiene por debajo de 6 y en donde el pigmento de óxido de hierro se selecciona de óxido de hierro amarillo, óxido de hierro rojo y

mezclas de los mismos.

2. Pigmento de la reivindicación 1, en el que los pigmentos de óxido de hierro tienen un tamaño de partícula comprendido entre 0, 01 y 10 micras, preferentemente entre 0, 01 y 1 micra.

3. Pigmento de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el pigmento comprende un recubrimiento de dióxido de titanio cristalino.

4. Pigmento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dióxido de titanio precipitado en forma cristalina comprende fase rutilo, fase anatasa o una mezcla de estas fases de cristal. 30

5. Pigmento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el dióxido de titanio precipitado en forma cristalina comprende sustancialmente un 100% de anatasa, o una mezcla de rutilo y anatasa.

6. Pigmento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la carga de TiO2 final sobre los pigmentos

de óxido de hierro es de entre el 5 y el 40 % en peso, preferentemente entre el 10 y el 30 % en peso y de forma particularmente preferida entre el 15 y el 25 % en peso, en referencia al peso seco total de los pigmentos cargados.

7. Uso del pigmento de óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado de una cualquiera de 40 las reivindicaciones 1 a 6, como material fotocatalítico.

8. Uso del pigmento de óxido de hierro que contiene dióxido de titanio cristalino precipitado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para teñir materiales de construcción tales como hormigón, cemento, y similares.

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