Productos cementosos y artículos de fabricación que contienen dióxido de titanio dopado con carbono.

Proceso para obtener dióxido de titanio dopado con carbono, caracterizado por irradiar dióxido de titanio expuesto a un flujo de gas que comprende un gas inerte y un compuesto orgánico,

a una longitud de onda comprendida entre 300 y 400 nm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/006252.

Solicitante: ITALCEMENTI S.P.A..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA G. CAMOZZI, 124 24121 BERGAMO ITALIA.

Inventor/es: CASSAR, LUIGI, GUERRINI, GIAN LUCA, PERNICONE, NICOLA, DR., PINNA,FRANCESCO, TREVISAN,VALENTINA, BOTTALICO,LUCA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C01G23/047 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. › Dióxido de titanio.

PDF original: ES-2534223_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Productos cementosos y artículos de fabricación que contienen dióxido de titanio dopado con carbono DESCRIPCIÓN

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de productos cementosos y artículos de fabricación que tienen actividad fotocatalítica.

Técnica anterior El dióxido de titanio, en la forma cristalina anatasa del mismo, es un agente fotocatalítico conocido. En presencia de luz, cataliza la oxidación de diversos contaminantes presentes en la atmósfera, en particular hidrocarburos aromáticos, facilitando el proceso de reducción de los mismos (véase, por ejemplo Int. RILEM Seminar on Photocatalysis, Florence, 89 Oct 2007, Photocatalytic and Surface Abatement of Organic Hydrocarbons by Anatase) .

Un inconveniente característico para la acción fotocatalítica de dióxido de titanio radica en que solo usa el componente ultravioleta de la luz del sol (aproximadamente un 4 % de la radiación) y, por lo tanto, es escasamente fotocatalíticamente activo, especialmente en entornos con poca luz del sol.

Para superar este inconveniente, se han realizado intentos de modificar el dióxido de titanio por dopado con otros elementos, que le permiten usar una parte más consistente de la luz del sol, es decir, el espectro de la luz visible, entre 400 y 700 nm. Para este fin, el dióxido de titanio se dopó con iones metálicos tales como lantano y hierro o con nitrógeno (por ejemplo, documentos EP1178011 y EP1254863) . No obstante, las ventajas obtenidas son bastante escasas.

Otra solución radica en dopar dióxido de titanio con carbono; sin embargo, los métodos de dosificación respectivos (véase el documento US 2005/0226761, Kronos Inc.) son complejos y caros: en particular, requieren mezcla íntima 30 de dióxido de titanio con compuestos que contienen carbono, por ejemplo azúcares; la mezcla se somete después a tratamientos térmicos caros (generalmente entre 250 y 400 º C) en una atmósfera oxidante: estos tratamientos provocan una pérdida considerable de material de carbono en forma de CO2 y/o CO; el tratamiento requiere también sinterizar el fotocatalizador, con una considerable reducción del área superficial específica del mismo y, por lo tanto, la reducción de la actividad fotocatalítica; al final del tratamiento el producto debe someterse a molienda para poder usarlo. La posible mezcla con carbonos activos de gran área superficial resultó ser insuficiente para obtener productos considerablemente activos.

El documento US2005/227854 desvela un fotocatalizador basado en dióxido de titanio dopado con carbono útil en la preparación de hormigones; en este proceso, el compuesto dopante orgánico se descompone a 300 º C sobre la superficie de un precursor de dióxido de titanio. El documento US2008/011195 desvela productos cementosos que comprenden titanio dopado con carbono; también en este proceso un precursor de dióxido de titanio, por ejemplo oxidrato de titanio, se somete a un tratamiento a alta temperatura; se presenta el proceso de dopado realizado sobre dióxido de titanio tal cual (anatasa) para obtener un compuesto fotocatalíticamente inactivo.

De esta manera, surge aún la necesidad de productos cementosos y artículos de fabricación que contienen dióxido de titanio dopado, y por lo tanto activo en el espectro visible, que tengan una acción fotocatalítica alta y eficaz.

Sumario 50 Se ha observado ahora que irradiando el dióxido de titanio a una longitud de onda comprendida entre 300 y 400 nm y exponiéndolo simultáneamente a un flujo de gas que comprende un gas inerte y un compuesto orgánico, conduce a obtener dióxido de titanio con un alto contenido dopante, que tiene una acción fotocatalítica alta y eficaz. El producto obtenido de esta manera, añadido adecuadamente a materiales cementosos, permite obtener productos cementosos/artículos de fabricación que tienen las propiedades favorables anteriores.

Descripción de la Figura Figura 1: Gráfico TYPO (oxidación a temperatura programada) de dióxido de titanio dopado de acuerdo con la invención.

Descripción detallada El objeto de la presente patente es un proceso para obtener dióxido de titanio dopado con carbono, caracterizado por irradiar dióxido de titanio, expuesto a un flujo de gas que comprende un gas inerte y un compuesto orgánico, a

una longitud de onda comprendida entre 300 y 400 nm; la protección conferida se extiende a cualquier producto obtenido directamente mediante tal proceso. La expresión "dióxido de titanio dopado con carbono" identifica un dióxido de titanio que contiene carbono: este último puede estar presente en el estado elemental y/o en forma de sustancia orgánica. El contenido de carbono (contenido de dopante) se expresa como un porcentaje en peso de carbono elemental con respecto al peso de dióxido de titanio dopado: puede medirse por métodos conocidos tales como oxidación a temperatura programada, como se muestra en la parte experimental. El presente proceso es particularmente (aunque no exclusivamente) adecuado para obtener un contenido de dopante comprendido entre el 0, 03 % y el 5 %, preferentemente entre el 0, 3 y el 3 %, más preferentemente entre el 1 y el 1, 6 %.

La expresión "acción fotocatalítica elevada" significa la capacidad de obtener, en valores absolutos, una reducción elevada de contaminantes bajo irradiación visible (midiéndose dicha actividad convencionalmente como % de conversión de NO de acuerdo con el método definido más adelante) . Se cree que esta capacidad depende principalmente de la cantidad de carbono de dopado presente en el TiO2 de la presente invención.

La expresión "acción fotocatalítica eficaz" significa la capacidad de obtener, comparativamente, una mayor reducción de contaminantes bajo irradiación visible (convencionalmente medida como % de conversión de NO, de acuerdo con el método definido más adelante) con respecto a un TiO2 convencional que contiene el mismo % de carbono dopante. Se cree que esta capacidad depende principalmente de las modificaciones físicas del TiO2, provocadas por el proceso de dopado con carbono de la presente invención.

El dióxido de titanio usado como el reactivo inicial puede ser cualquier dióxido de titanio disponible en el mercado, presente al menos parcialmente en forma de anatasa; normalmente se usa en forma de polvo; convenientemente, tiene un valor de área superficial específica BET correspondiente al deseado en el producto dopado final: tal valor, según las necesidades, puede seleccionarse dentro del intervalo entre 10 y 450 m2/g, preferentemente entre 50 y 450 m2/g, más preferentemente entre 300 y 350 m2/g, por ejemplo, 330 m2/g.

El método se encontró particularmente útil para producir dióxido de titanio dopado con carbono que tiene un área superficial específica BET comprendida entre 255 y 400 m2/g, preferentemente entre 255 y 400 m2/g.

El compuesto orgánico contenido en el flujo gaseoso (definido también en este documento como un compuesto de carbono) puede seleccionarse entre aquellos fácilmente vaporizables, que pueden transportarse convenientemente por un flujo gaseoso; no hay límites adicionales respecto a la estructura química de este compuesto: por ejemplo, pueden usarse posiblemente hidrocarburos o derivados del mismo posiblemente funcionalizados con grupos tales como alquilo, hidroxi, formilo, acetilo, carboxi, alcoxicarbonilo, ariloxicarbonilo, amino, alquilamino, tio, alquiltio, etc., : los ejemplos de productos preferidos son tolueno, benceno, xileno, naftaleno, derivados de los mismos y mezclas de los mismos; un ejemplo particularmente preferido es etilbenceno.

El vehículo gaseoso usado para transportar los compuestos mencionados anteriormente es un gas inerte, por ejemplo nitrógeno, helio, argón, etc., o mezclas de los mismos, posiblemente mezclados con otros gases; por ejemplo es posible por conveniencia, usar aire: sin embargo, la presencia de gases reactivos (oxígeno u otros) como componentes del gas portador no es indispensable de ninguna manera, en tanto que el presente proceso no requiere la oxidación del compuesto orgánico; en una realización específica de la invención, el gas portador está constituido exclusivamente de uno o más gases inertes.

La velocidad del flujo gaseoso puede seleccionarse adecuadamente dependiendo de la cantidad de dióxido de titanio a tratar, por ejemplo, para cantidades del orden de 100200 mg, se usan flujos preferentemente comprendidos entre 5 y 30 cm3/min; evidentemente, los flujos aplicados y las concentraciones de compuestos orgánicos pueden aumentarse o reducirse, cuando se tienen que tratar cantidades de dióxido de titanio respectivamente mayores o menores. Por ejemplo, en el caso de procesos a escala industrial, las concentraciones... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para obtener dióxido de titanio dopado con carbono, caracterizado por irradiar dióxido de titanio expuesto a un flujo de gas que comprende un gas inerte y un compuesto orgánico, a una longitud de onda 5 comprendida entre 300 y 400 nm.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la intensidad de irradiación del dióxido de titanio está comprendida entre 10 y 1000 W/m2.

3. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 12, en el que el compuesto orgánico se elige entre tolueno, benceno, xileno, naftaleno, derivados de los mismos y mezclas de los mismos.

4. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 13, en el que el compuesto orgánico es etilbenceno.

5. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 14, en el que el flujo de gas incluye el compuesto orgánico a una concentración comprendida entre 500 y 10000 ppm.

6. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 15, en el que el dióxido de titanio dopado tiene un valor de área superficial específica BET comprendido entre 10 y 450 m2/g. 20

7. Proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dióxido de titanio dopado tiene un valor de área superficial específica BET comprendido entre 300 y 350 m2/g.

8. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 17, en el que el dióxido de titanio dopado tiene un contenido de 25 carbono comprendido entre el 0, 03 % y el 5 % en peso.

9. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 18, en el que el dióxido de titanio dopado tiene un contenido de carbono comprendido entre el 0, 3 % y el 3 % en peso.

10. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 19, en el que el dióxido de titanio dopado tiene un contenido de carbono comprendido entre el 1 % y el 1, 6 % en peso.


 

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