Un material que flota en agua y que comprende un núcleo de corcho recubierto por una capa de carbón activo y una capa de dióxido de titanio, procedimiento de obtención y uso.
Un material que flota en agua y que comprende un núcleo de corcho recubierto superficialmente por una capa de carbón activo de estructura amorfa y una capa discontinua de dióxido de titanio sobre dicha capa de carbón activo.
La invención también describe el procedimiento de obtención de dicho material, que comprende realizar una activación física o química del corcho calcinando el material a una temperatura entre 500 y 850ºC en atmósfera inerte, impregnar el material resultante de la etapa anterior con agua pulverizada y a continuación con un compuesto de titanio y secar el material resultante de la etapa anterior. La invención también describe el uso de dicho material como adsorbente y descontaminante fotocatalítico en el tratamiento de corrientes gaseosas y líquidas que comprenden compuestos contaminantes orgánicos.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331720.
Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: FERNANDEZ MARTINEZ,FRANCISCO, ROSSIGNOL, FABRICE, ATANES SANCHEZ,EVANGELINA, NIETO-MARQUEZ BALLESTEROS,Antonio, CAMBRA PEREIRA,Alberto, DAGOT,Christophe.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D53/72 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). › Compuestos orgánicos no previstos en los grupos B01D 53/48 - B01D 53/70, p. ej. hidrocarburos.
- B01J35/10 B01 […] › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 35/00 Catalizadores en general, caracterizados por su forma o propiedades físicas. › caracterizados por sus propiedades de superficie o su porosidad.
- B01J37/00 B01J […] › Procedimientos para preparar catalizadores, en general; Procedimientos para activación de catalizadores, en general.
- C02F1/32 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › por luz ultravioleta.
Fragmento de la descripción:
CAMPO DE LA INVENCIÓN
El campo de la invención está relacionado con un material que comprende un núcleo de corcho recubierto superficialmente por una capa de carbón activo y una capa discontinua de dióxido de titanio sobre dicha capa de carbón activo. Es un material adsorbente con capacidad de adsorber los contaminantes, que presenta actividad fotocatalítica y que bajo la luz solar es capaz de oxidar la materia orgánica que tiene adsorbida en su entorno el carbón. La invención está relacionada con el tratamiento del agua residual por adsorción, por irradiación y por oxidación, específicamente con la reducción de la contaminación por adsorción y oxidación fotocatalítica de contaminantes en gases o aguas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención supone la valorización de residuos procedentes de la industria corchera, tales como granulado, así como de piezas conformadas de este material, transformados mediante activación superficial en carbón para producir un material ligero, que flota ya que mantiene un núcleo de corcho en su interior, de elevada superficie específica y sobre el que por deposición química de dióxido de titanio presenta además actividad fotocatalítica y puede utilizarse en el control de la contaminación ambiental.
La literatura de patentes describe diversos materiales realizados en base a la utilización de corcho como sustrato, recubriéndolo de compuestos organosilícicos e incluso con TiO2 -pero siempre sin la capa de carbón activo que proponemos-, donde las funciones y usos son como detergentes, desodorizantes, adsorbentes de aceites, etc.
El documento JP 2008100437 describe el uso de partículas de corcho recubiertas de óxido de titanio para la eliminación de olores. Este trabajo no contempla una fase adsorbente (carbón activo) y no hace referencia a la aplicación del material sobre corrientes líquidas, campo fundamental de aplicación de la presente invención.
El documento GB 1336331 describe la adsorción de aceites sobre material vegetal seco recubierto de un compuesto hidrofóbico coloidal que no contiene óxido de titanio. No contempla una fase adsorbente de carbón activo en el material.
El documento US 5215407 describe la utilización de fibras de vidrio mezcladas con corcho como material flotante para la adsorción de aceites. No contempla por tanto la presencia ni de carbón activo ni de dióxido de titanio fotocatalítico, ambos clave en la presente invención.
El documento GB 710610 reporta el uso de aglomerantes para mejorar el comportamiento de corcho y dióxido de titanio, y JP 2005118519 describe la utilización de Ti02 y corcho como agente de sellado.
La presente invención propone una solución al problema existente en el estado de la técnica, que es proveer un material (y su procedimiento de obtención) que flota en agua y que pueda actuar simultáneamente como material adsorbente y fotocatalítico, útil en el tratamiento de corrientes gaseosas y líquidas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención es un material, en adelante material de la invención, que flota en agua y que comprende un núcleo de corcho recubierto superficialmente por una capa de carbón activo de estructura amorfa y una capa discontinua de dióxido de titanio sobre dicha capa de carbón activo.
Una realización particular es el material de la invención, donde dicha capa de carbón activo tiene una superficie específica de 600 m2/g.
Otra realización particular es el material de la invención, donde la forma cristalina del dióxido de titanio es anatasa.
El material de la invención es un material de baja densidad, que flota en agua, bifuncional (cumple simultáneamente una función como adsorbente y como catalizador), con un núcleo ligero de corcho, recubierto superficialmente de carbón activo con estructura amorfa y que presenta una superficie específica de aproximadamente 600 m2/g y una elevada microporosidad (Ver Tabla 1), sobre el que se ha depositado una capa discontinua de dióxido de titanio, con actividad fotocatalítica. La alta porosidad del material carbonoso amorfo producido es debida a su origen basado en células vegetales (Figura 2).
La capa de carbón activo superficial es clave por varios motivos: para proporcionar una elevada superficie específica sobre la que depositar el dióxido de titanio y así maximizar el área de exposición a la luz solar del agente fotocatalítico descontaminante; además, el carbón activo actúa como adsorbente captador y concentrador del contaminante que irá difundiéndose hacia los centros activos de dióxido de titanio según vaya produciéndose la reacción de descomposición fotocatalítica.
El procedimiento de obtención del material de la invención consiste en la pirólisis superficial del corcho o residuos de corcho (polvo, granulado o piezas conformadas) y posterior deposición sobre el mismo de una capa discontinua de dióxido de titanio.
Por tanto, otra realización es un procedimiento de obtención del material de la invención, en adelante procedimiento de la invención, que comprende:
a) realizar una activación física o química del corcho calcinando el material a una temperatura entre 500 y 850 °C en atmósfera inerte,
b) impregnar el material resultante de la etapa a) con agua pulverizada y a continuación con un compuesto de titanio y
c) secar el material resultante de la etapa b).
El procedimiento de la invención comprende una primera etapa de activación física o química. En la activación química, el corcho es contactado con una disolución básica a temperatura controlada. Posteriormente se somete a calentamiento en atmósfera inerte, para que el compuesto básico penetre en la estructura del corcho, generando poros, y se lava con un ácido (para eliminar el compuesto básico) y con agua
desionizada hasta la neutralidad. Se seca el material, y se humedece posteriormente de forma controlada, impregnando después con un compuesto de titanio que se hidroliza en contacto con el agua, dando lugar a una capa discontinua de dióxido de titanio; finalmente el material se seca para eliminar la humedad sobrante.
Una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa a) dicha activación química se realiza añadiendo un compuesto básico al corcho a una temperatura entre 75 y 95 °C durante un tiempo entre 3 y 5 horas y por que se neutraliza dicho compuesto básico añadiendo un ácido. De forma preferible dicha temperatura es 85 °C y el tiempo es 4 horas. Y de forma preferible, dicho compuesto básico es KOH y dicho ácido es HCI.
Una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa a) dicha activación física se realiza calentando el corcho a una temperatura entre 500 y 850 °C en atmósfera inerte y contactando el material resultante con una corriente de C02 durante 2 horas.
A partir de los estudios de análisis térmico realizados con residuos de la industria corchera, básicamente polvo de corcho, se han determinado los procesos y temperaturas de pirólisis para la obtención de un material carbonoso de uso como adsorbente, en el tratamiento de corrientes acuosas o gaseosas, donde los posibles contaminantes quedan retenidos (adsorbidos) por el material. En base a estos estudios se ha determinado que la temperatura óptima de tratamiento del corcho para producir un carbón de máxima superficie y capacidad adsorbente es de 750 °C, como se muestra en la Figura 1.
Por tanto, una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa a) dicha temperatura es 750 °C.
Una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa a) dicha atmósfera inerte es una atmósfera de nitrógeno o de formingas H2/N2 a una proporción entre 4 y 6%. De forma preferible, dicha proporción de H2/N2 es 5,2%.
La atmósfera inerte o reductora tiene el objeto de evitar los procesos de combustión. En estas condiciones de ausencia de oxígeno se evitan los procesos de combustión
de la materia orgánica presente en la muestra y se produce la pirólisis de la misma. Los procedimientos de pirólisis de materiales que contienen materia orgánica están bien descritos en la bibliografía.
Una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa b) dicho compuesto de titanio es tetracloruro de titanio o tetraalcóxido de titanio.
El material de la invención tiene una elevada superficie específica. Esta característica convierte al material en un material idóneo como adsorbente de contaminantes. La acción del dióxido de titanio ocasiona que en presencia de luz UV o solar estos contaminantes, generalmente orgánicos, se oxiden a C02...
Reivindicaciones:
1. Un material caracterizado por que flota en agua y por que comprende un núcleo de corcho recubierto superficialmente por una capa de carbón activo de estructura amorfa y una capa discontinua de dióxido de titanio sobre dicha capa de carbón activo.
2. El material según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha capa de carbón activo tiene una superficie específica de 600 m2/g.
3. El material según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la forma cristalina del dióxido de titanio es anatasa.
4. Un procedimiento de obtención del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:
a) realizar una activación física o química del corcho calcinando el material a una temperatura entre 500 y 850 °C en atmósfera inerte,
b) impregnar el material resultante de la etapa a) con agua pulverizada y a continuación con un compuesto de titanio y
c) secar el material resultante de la etapa b).
5. El procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que en la etapa a) dicha activación química se realiza añadiendo un compuesto básico al corcho a una temperatura entre 75 y 95 °C durante un tiempo entre 3 y 5 horas y por que se neutraliza dicho compuesto básico añadiendo un ácido.
6. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que dicha
temperatura es 85 °C y el tiempo es 4 horas.
7. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que dicho
compuesto básico es KOH y dicho ácido es HCI.
8. El procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que en la etapa a) dicha activación física se realiza calentando el corcho a una temperatura entre 500 y 850 °C en atmósfera inerte y contactando el material resultante con una corriente de C02 durante 2 horas.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por que en la etapa a) dicha temperatura es 750 °C.
10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado por que en la etapa a) dicha atmósfera inerte es una atmósfera de nitrógeno o de formingas H2/N2 a una proporción entre 4 y 6%.
11. El procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que dicha proporción de H2/N2 es 5,2%.
12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado por que en la etapa b) dicho compuesto de titanio es tetracloruro de titanio o
tetraalcóxido de titanio.
13. Uso del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 como adsorbente y descontaminante fotocatalítico en el tratamiento de corrientes gaseosas y líquidas que comprenden compuestos contaminantes orgánicos.
14. Uso según la reivindicación 13, donde dichos compuestos contaminantes
orgánicos son aceites o hidrocarburos.
Patentes similares o relacionadas:
Óxidos mixtos de metales de transición, catalizadores de hidrotratamiento obtenidos de los mismos y procedimiento de preparación que comprende procedimientos sol-gel, del 15 de Julio de 2020, de ENI S.P.A.: Óxido mixto, que presenta la fórmula general (A2): Xa Yb Zc Od . pC (A2) en la que X se selecciona de Ni, Co y mezclas de los mismos, […]
Catalizadores de hidrodesmetalización y de hidrodesulfuración e implementación en un procedimiento de unión de formulación única, del 24 de Junio de 2020, de IFP ENERGIES NOUVELLES: Sistema catalítico que comprende al menos dos catalizadores en los que - el primer catalizador comprende - un contenido de metal o […]
Estructura de catalizador de dióxido de titanio para procesos hasta 1.000ºc y fabricación de dicha estructura, del 24 de Junio de 2020, de Advanced Materials- JTJ S.r.o: Una estructura de catalizador de TiO2 para los procedimientos catalíticos realizados a temperaturas de hasta 800° C, presentada en forma de polvo consistente en nano-partículas […]
Material catalizador y procedimiento para su producción, del 17 de Junio de 2020, de SACHTLEBEN CHEMIE GMBH: Material catalizador a base de TiO2 en forma de partícula con un contenido de óxido de metal, seleccionado de óxido de vanadio y óxido de wolframio, y/o precursores de los […]
Uso de un material de partículas compuestas soportadas, procedimiento de producción de dicho material y procedimiento para producir compuestos usando material de partículas compuestas soportadas como catalizador para síntesis química, del 10 de Junio de 2020, de ASAHI KASEI KABUSHIKI KAISHA: Uso de un material de partículas compuestas soportadas que comprende: una partícula compuesta formada de un níquel oxidado y X, en el que X representa al menos uno de […]
Catalizador para un procedimiento de desparafinado por hidrogenación y método para fabricar el mismo, del 27 de Mayo de 2020, de SK INNOVATION CO., LTD: Método de fabricación de un catalizador para un procedimiento de hidrodesparafinado, que comprende las etapas de: (a) preparar un soporte […]
Procedimiento para la preparación de orto-fenilfenol (OPP), del 13 de Mayo de 2020, de LANXESS DEUTSCHLAND GMBH: Procedimiento para la preparación de orto-fenilfenol (OPP) mediante deshidrogenación catalítica de al menos un compuesto del componente A, que […]
Catalizador de reformado con vapor y procedimiento para fabricar el mismo, del 6 de Mayo de 2020, de HALDOR TOPS E A/S: Un procedimiento para la producción de un precursor de catalizador de níquel soportado, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes: i) proporcionar […]