ES2661086T3 - Tratamiento superficial de pavimentos asfálticos con un compuesto fotocatalítico para la eliminación de contaminantes atmosféricos - Google Patents

Tratamiento superficial de pavimentos asfálticos con un compuesto fotocatalítico para la eliminación de contaminantes atmosféricos Download PDF

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Andrés Costa Hernandez
Javier Loma Lozano
Christian Cortés de la Fuente
Patricia Diaz Martin
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Abstract

Compuesto fotocatalítico para eliminar contaminantes atmosféricos, en el que el compuesto fotocatalítico es en forma de una dispersion acuosa y comprende un fotocatalizador presente en el compuesto fotocatalítico en una concentración que está comprendida entre un límite inferior de 0,3 %, más en concreto de 0,5 %, incluso más en concreto de 0,8 % en peso y un límite superior de menos de 5 %, preferiblemente de menos de 1,5 %, más preferiblemente de menos de 1 % en peso, con respecto al peso del compuesto fotocatalítico, una resina orgánica presente en el compuesto fotocatalítico en una concentración que está comprendida entre un límite inferior de 0,5 %, más en concreto de 1 % en peso y un límite superior de menos de 10 % en peso, preferiblemente de menos de 7,5 % en peso, más preferiblemente de menos de 5 % en peso, en relación al peso del compuesto fotocatalítico, del agua y opcionalmente de otros aditivos, y en el que el fotocatalizador se selecciona del grupo que consiste en TiO2, TiO2 dopado tal como TiO2 dopado por InNbO4, ZrO2, Ta2O5, Cu2O, BiO y cualquier combinación de los mismos, preferiblemente el fotocatalizador es TiO2 y la resina orgánica se selecciona del grupo que consiste en resinas acrílicas, estireno-acrílicas, metacrílicas, de polisiloxano, vinílicas, de EVA, de estireno-butadieno-estireno y cualquier combinación de las mismas, preferiblemente la resina orgánica es una resina acrílica, estireno-acrílica o vinílica.

Description

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Como se puede ver en la tabla anterior un aumento de la concentración de resina y catalizador provoca que la dispersión se vuelva más inestable, dificultando su manejo. Esto lleva a concluir que concentraciones superiores a 2 % de TiO2 y/o de resina del 5 % vuelven la suspensión más inestable requiriendo equipamiento más específico para su aplicación sin presentar mejores rendimientos fotocatalíticos.
-Al aumentar la relación resina/fotocatalizador se produce el efecto de “enmascaramiento” al secuestrar la resina parte de los centros activos del fotocatalizador.
-Estabilidad al almacenamiento mediante el uso de fotocatalizador es en suspensiones ácidas o neutras.
Las suspensiones que tienen pH neutro es porque no se adiciona ningún compuesto que modifique sustancialmente el pH del agua (medio en el que se dispersan los distintos componentes). Tanto la resina como el catalizador cuando se dispersan en agua mantienen prácticamente la neutralidad en la suspensión. Cuando se emplea el catalizador en polvo, la dispersión de TiO2 en agua destilada tiene un pH entre 6 y 7 en función de la concentración. La resina tiene un pH en agua destilada entre 7 y 8. La suspensión resultante con ambos componentes tiene pHs entre 6 y 8 en función de la concentración de ambos componentes y del agua empleada. Emplear el catalizador en polvo provoca que no se pueda dispersar perfectamente el catalizador haciendo que la formulación sea inestable al almacenamiento. La aplicación de esta formulación requiere de una re-suspensión y agitación enérgica durante su aplicación para asegurar homogeneidad.
La suspensión de catalizador con pH neutro tiene un pH de 8,5 que al adicionar la resina disminuye ligeramente quedando la suspensión resultante con un pH entre 7 y 8 en función de las cantidades de ambos componentes. Esta formulación es perfectamente estable al almacenamiento y una ligera agitación es suficiente antes de su uso para asegurar homogeneidad en la aplicación.
La suspensión ácida de catalizador contiene ácido nítrico para bajar el pH de la misma hasta un pH aproximado de
1. Esto provoca que la formulación completa con la resina tenga un pH entre 1 y 3. Este pH hace que la resina no sea estable al almacenamiento y para su aplicación se requiere de una re-suspensión y agitación enérgica durante su aplicación para asegurar homogeneidad.
Así, obtuvimos resultados experimentales tales como los siguientes:
TiO2 (%peso)
Resina (%peso) Eliminación NOx (%)
0.8%
1.0% 14.3
1.6%
2.5% 10.2
3.2%
5.0% 8.2
Por lo tanto es absolutamente necesario un equilibrio entre la cantidad de resina y la necesidad de adherencia. Así, una de las formulaciones más ampliamente utilizada, y en la que se basan todos los ejemplos anteriores, es el uso de una formulación que contiene un 0,8% de peso de fotocatalizador de TiO2, un 1,0% en peso de resina estirenoacrílica y un 98,2% de agua.
El sistema pavimento asfáltico / formulación fotocatalítica inventado permite alcanzar rendimientos de eliminación de óxidos de nitrógeno superiores al 14% siguiendo un procedimiento adaptado de la norma ISO 22197-1:2007. Después de tres meses de puesta en aplicación del sistema la actividad de pavimento se mantiene muy cerca del 14%.
Altos niveles de capacidad descontaminante mediante el uso de porcentajes mucho menores de fotocatalizador y resina.
El compuesto fotocatalítico, objeto de la presente invención, es en forma de una dispersión acuosa y comprende un fotocatalizador, una resina orgánica, agua y opcionalmente otros aditivos.
El fotocatalizador se selecciona del grupo que consiste en TiO2, TiO2 dopado tal como TiO2 dopado por InNbO4, ZrO2, Ta2O5, Cu2O, BiO y cualquier combinación de los mismos, preferiblemente el fotocatalizador es TiO2, incluso más preferiblemente esTiO2 en forma de anatasa.
La fase de dispersión orgánica en la que se dispersa el fotocatalizador comprende una resina orgánica polimérica y/o oligopolimérica seleccionada del grupo que consiste en resinas acrílicas, estireno-acrílicas, metacrílicas, de
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polisiloxano, vinílicas, de EVA, de estireno-butadieno-estireno y cualquier combinación de las mismas, preferiblemente la resina orgánica es una resina acrílica, estireno-acrílica o vinílica
El fotocatalizador está presente en el compuesto fotocatalítico en una concentración comprendida entre un límite inferior de 0,3 %, más en concreto de 0,5 %, incluso más en concreto de 0,8 % en peso y un límite superior de menos de 5 %, prefereiblemente de menos de 1,5 %, más preferiblemente de menos de 1 % en peso, con respecto al peso del compuesto fotocatalítico.
La resina orgánica está presente en el compuesto fotocatalítico en una concentración comprendida entre un límite inferior de 0,5 %, más en concreto de 1 % en peso y un límite superior de menos de 10 % en peso, preferiblemente de menos de 7,5 % en peso, más preferiblemente de menos de 5 % en peso, con respecto al peso del compuesto fotocatalítico
En síntesis, la invención comprende un tratamiento fotocatalítico especialmente diseñado para ser aplicado en pavimentos asfálticos.
La dispersión fotocatalítica tiene que formularse de manera que se evite que las partículas fotocatalíticas se aglomeren, debe ser muy fluida para cubrir de manera suficiente los huecos de aire del pavimento y para proporcionar suficiente adherencia entre las partículas fotocatalíticas y los áridos y el mástico bituminoso que comprende el pavimento asfáltico.
La reivindicación 1 describe la formulación específica del compuesto fotocatalítico mediante la cual se consiguen los citados objetivos.
La eficacia de las composiciones fotocatalíticas de acuerdo con la presente invención, aplicadas en pavimentos bituminosos para eliminar contaminantes atmosféricos, se demuestra mediante los resultados de diferentes ensayos experimentales realizados por el solicitante, demostrados anteriormente.
El uso de una dispersión fotocatalítica aplicada sobre una superficie bituminosa
La aplicación del compuesto fotocatalítico en la superficie de la calzada puede realizarse mediante la distribución del compuesto sobre la superficie de la calzada.
Varios métodos de aplicación del compuesto fotocatalítico en superficies bituminosas son conocidos en la técnica anterior y se basan en diferentes técnicas tales como: vaporización, pulverización, aplicación con rodillo, aplicación con brocha, aplicación con rasqueta de caucho y así sucesivamente. Todas estas técnicas se podrían aplicar en la presente invención, sin embargo la técnica que ha dado los mejores resultados en lo que se refiere a la homogeneidad de distribución del compuesto fotocatalítico ha demostrado ser la pulverización.
La aplicación del compuesto fotocatalítico puede realizarse sobre superficies bituminosas tanto calientes como frías.
La invención es aplicable tanto a pavimentos asfálticos nuevos como a pavimentos ya en servicio, siendo necesario en estos últimos una limpieza previa con agua a presión que elimine restos de suciedad que dificulten la adherencia de las partículas de fotocatalizador a los áridos y al mástico bituminoso.
La cantidad de compuesto fotocatalítico a dosificar depende de la macrotextura del pavimento. Se ha verificado que el óptimo de dosificación está alrededor de 250 ml/m2 ya que valores superiores generan escurrimiento debido a que los pavimentos raramente son completamente planos. En teoría cantidades próximas a los 500 ml/m2 serían potencialmente aplicables en pavimentos de macrotextura adecuada, en el supuesto de perfecta planaridad de la superficie.
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