ES2932562B2 - Composicion mineral con propiedades antimicrobianas para la mineralizacion de co2 y la oxidaccion de compuestos volatiles - Google Patents
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- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/12—Silica and alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
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Description
DESCRIPCIÓN
COMPOSICIÓN MINERAL CON PROPIEDADES ANTIMICROBIANAS PARA LA MINERALIZACIÓN DE CO2 Y LA OXIDACCIÓN DE COMPUESTOS VOLÁTILES
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a una nueva composición mineral que comprende una mezcla de componentes minerales seleccionados de entre silicatos minerales y rocas ígneas, con una composición de óxidos e hidróxidos metálicos determinada, así como a un producto o artículo o elemento de construcción que comprende dicha composición, al uso de dicha composición, dicho producto o dicho artículo o dicho elemento de construcción para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión y al uso de la composición o al producto o artículo o elemento de construcción para prevenir reducir o eliminar la presencia y/o la actividad microbiana en un sustrato. Adicionalmente, la presente invención se refiere a un método de preparación de la composición, producto, artículo o elemento de construcción, así como a un método para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión.
Por lo tanto, la presente invención se engloba dentro del campo técnico del control de la contaminación ambiental y microbiana y dentro de los sectores industriales tales como la construcción, textil, las pinturas, tintes, resinas y productos de caucho, gomas, envases.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El calentamiento global, o cambio climático, es la mayor amenaza ambiental a la que se enfrenta la humanidad desde hace años y seguirá enfrentándose en los próximos años, con consecuencias económicas, de salud y ambientales de gran magnitud. Además de una aceleración del cambio climático, actualmente estamos viviendo la aparición de diversos virus como el nuevo coronavirus que está haciendo mella en la salud y en las economías de todo el mundo.
Los efectos letales de altas concentraciones de dióxido de carbono, CO2 y de compuestos volátiles, como compuestos orgánicos volátiles (COVs), son bien conocidos, y los niveles antropogénicos de dichos gases son preocupantes para todos los seres vivos expuestos a los altos niveles de CO2 y compuestos volátiles.
Al buscar la causa de esta aceleración del cambio climático, se ha podido demostrar que existe una relación en el aumento de los niveles del mar y las altas temperaturas como consecuencia del calentamiento global o cambio climático y el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, tales como dióxido de carbono (CO2), pero también compuestos volátiles como óxidos de azufre (SO2), formaldehído (CH2O), amoniaco (NH3) entre otros, provocados por las sociedades humanas tanto desarrolladas como en vías de desarrollo (por la industrialización a base de combustibles fósiles y/u otros componentes químicos).
Actualmente la concentración de CO2 es superior a las 410 ppm (se puede hacer referencia a por ejemplo los datos recopilados por distintas organizaciones como la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos -NOAA por sus siglas en inglés, ver por ejemplo las publicaciones de Dr. Pieter Tans, NOAA/GML (gml.noaa.gov/ccgg/trends/) y Dr. Ralph Keeling, Scripps Institution of Oceanography (scrippsco2.ucsd.edu/). La tendencia es que su incremento y la consecuente aceleración del cambio climático va a ser exponencial si no se toman medidas que lo controlen.
Compuestos volátiles, como los óxidos de azufre (SO2), los formaldehídos (CH2O) o el amoníaco (NH3), así como otros compuestos orgánicos volátiles (COV's), tienen efectos nocivos sobre la salud humana y sobre los ecosistemas naturales debido a su toxicidad, como efectos carcinógenos y otros efectos psicológicos adversos. Algunos de estos efectos están fundamentalmente originados por inhalación: dolor de cabeza, dificultad para respirar, mareos, fatiga, etc. Por ejemplo, el amonio es uno de los principales compuestos precursores de lluvia ácida, sin embargo, en este fenómeno participan otros compuestos de cloro, amoniaco y compuestos orgánicos volátiles (COV's), entre otros. Cuando están presentes en la atmósfera, estos compuestos son oxidados para convertirse en formas más reactivas con el agua (siendo hidrolizados), produciéndose así, ácidos fuertes como el ácido nítrico.
Los compuestos volátiles son compuestos químicos que, en condiciones ambientales de temperatura, p.ej., de 10 a 40 °C y presión, alrededor de 1 atmósfera (1 bar o 0,1 MPa), p.ej., de 0,8 a 1;1 atmósferas (0,8 -1,1 bar o 0,08 - 0;11 MPa), se presentan en estado gaseoso, o que son muy volátiles en esas condiciones. Por ejemplo, compuestos volátiles pueden ser compuestos que a 20 °C tengan una presión de vapor de 0,01 kPa o más, o una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso. Compuestos orgánicos volátiles COV's son todos aquellos hidrocarburos, es decir compuestos de carbono e hidrógeno, que cumplen estas condiciones.
Suelen presentar una cadena con un número de carbonos inferior a doce y pueden contener otros elementos como oxígeno, flúor, cloro, bromo, azufre o nitrógeno. Su número supera el millar, pero los más abundantes en el aire son metano, tolueno, n-butano, i-pentano, etano, benceno, n-pentano, propano y etileno. Tienen un origen tanto natural (COV's biogénicos) como antropogénico (debido a la evaporación de disolventes orgánicos, a la quema de combustibles, al transporte, etc.).
La presencia de los COVs está fundamentalmente influenciada por actividades en las que se empleen disolventes orgánicos. Algunas de las actividades donde es posible que se den emisiones de COVs son: pinturas y barnices (e industrias donde se usen éstos), industria de la construcción, industria siderúrgica, industria de la madera, industria cosmética e industria farmacéutica. Los COVs afectan tanto de manera medioambiental como directamente sobre la salud del ser humano. La mayoría de estas sustancias presentan también un carácter inflamable y explosivo.
A parte de los COVs, muchos de los contaminantes generados por las actividades humanas son compuestos volátiles que se emiten en forma de gases. Por ejemplo, el azufre suele emitirse en forma de dióxido de azufre (SO2), mientras que el nitrógeno se emite en forma de dióxido de nitrógeno (NO2) y/o amoniaco (NH3). Pero una vez están en la atmósfera, estos gases se transforman en partículas. Este proceso convierte el dióxido de azufre en partículas de sulfato que no son más grandes que una fracción de una micra. Si hay suficiente amoniaco en el aire, ese sulfato reacciona con el amoniaco para convertirse en sulfato de amonio. Hace cincuenta años, el sulfato de amonio era un componente realmente dominante en el aire de Europa. Pero se han reducido mucho las emisiones de azufre en toda Europa, cerca del 90 % desde la década de 1970. Sin embargo, aunque se hayan reducido las emisiones de dióxido azufre, se han reducido mucho menos las emisiones de amoniaco. Esto significa que el amoniaco en la atmósfera reacciona con otras sustancias. Por ejemplo, el NO2 de la atmósfera se transforma en ácido nítrico, y este ácido nítrico reacciona con el amoniaco para producir nitrato de amonio. El nitrato de amonio es muy volátil. En zonas más altas de la atmósfera, el nitrato de amonio es una partícula o una gota, pero en un día cálido y cerca del suelo, el nitrato de amonio proporciona ácido nítrico y amoniaco, que se depositan muy rápidamente en la superficie terrestre.
Por todo esto, existe una gran demanda en el desarrollo de nuevos productos y metodologías que contribuyan a la reducción de los gases CO2 y compuestos volátiles como el dióxido de azufre (SO2), amoniaco (NH3), y COVs (como el formaldehído).
En la actualidad hay productos en el mercado, como pinturas fotocatalíticas, que llevan dióxido de titanio para neutralizar los NOx, como se describe en la solicitud de patente PCT/US2008/074876 publicada como WO2009029854A1. Sin embargo, los principales problemas que presentan estos productos son, que las pinturas fotocatalíticas con dióxido de titanio transforman los NOx generando como subproducto CO2 y H2O y aumentan los niveles de CO2.
Otros productos que absorben CO2, son algunos materiales de construcción tal y como se muestran en la solicitud de patente EP2230224A1 que divulga bloques y paneles ecológicos capaces de absorber el CO2. Sin embargo, estos productos cuya composición tienen como base el Ca(OH)2 hidróxido de calcio u oxido de calcio CaO para absorber el CO2 tienen el inconveniente que simplemente están absorbiendo el CO2 y aumentando el peso de la superficie donde están aplicadas, con lo que no eliminan este gas, lo absorben y se saturan.
Otros documentos, como la patente estadounidense publicada como US 9,399,208 B divulga una composición catalítica que oxida compuestos orgánicos volátiles y el monóxido de carbono, a dióxido de carbono. La composición catalítica de este documento requiere una cantidad 30 % de metales preciosos reducidos (p.ej. seleccionado de entre platino, paladio, rodio, rutenio, iridio, y oro). Sin embargo, las composiciones catalíticas descritas, al convertir los compuestos en CO2, aumenta su producción.
Por tanto, existe una necesidad de desarrollar nuevas composiciones que se puedan usar en productos, artículos o elementos de construcción y que contribuyan de una manera más eficaz a la reducción de los gases CO2 y compuestos volátiles.
Además, con el aumento de riesgos microbiológicos como los experimentados con la pandemia de Covid-19, sería ventajoso, al mismo tiempo, dotar los mismos productos, artículos o elementos de construcción de propiedades antimicrobianas para así prevenir, reducir o eliminar la presencia y/o la actividad microbiana, p.ej., en el entorno humano.
Algunos documentos, describen materiales antimicrobianos como la patente estadounidense publicada como US 9,648,870 B, que describe un material antimicrobiano que incluye un material poroso, un agente quelante y un ion metálico polivalente, donde el agente quelante está unido químicamente al material poroso y al ion metálico polivalente.
De todos modos, existe un interés en encontrar composiciones antimicrobianas de fácil preparación y de fácil integración en todo tipo de artículos o materiales y que, preferiblemente
presente, al mismo tiempo, otras propiedades ventajosas como la reducción de CO2 y de compuestos volátiles.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Uno o varios de los problemas de las soluciones del estado de la técnica se resuelven con la composición descrita en la presente memoria, con los productos, artículos o elementos de construcción que comprenden la misma, con los usos y/o con los métodos también descritos en la presente memoria.
En particular, se ha desarrollado una composición tal y como se define en las reivindicaciones, que no solo mineraliza y carbonata el CO2 en superficie sin saturarse, si no que se consigue dicha mineralización a temperatura ambiente (p.ej., de 10 a 40 °C) e incluso a bajas temperaturas (p.ej., de - 5 a 5 °C) y de forma constante, tanto de día como de noche. Consiguientemente dicha mineralización se consigue sin necesidad de aplicar altas temperaturas, a diferencia de lo que ocurre con otras composiciones existentes en el mercado que solo funcionan a altas temperaturas. Además, las composiciones descritas en la presente memoria también oxidan compuestos volátiles, descomponiéndolos y mineralizándolos a su vez. Al mismo tiempo, una composición tal y como se describe en la presente memoria, presenta propiedades antimicrobianas.
Sin ligarse a ninguna teoría, los efectos de la composición se podrían explicar porque la composición incorpora minerales que actuarían como catalizadores heterogéneos naturales, que en combinación con los óxidos metálicos e hidróxido de calcio actuarían como oxidantes para reducir la cantidad ambiental de CO2 y de compuestos volátiles, reduciendo así el impacto medioambiental y los riesgos para la salud humana de los mismos. Además, se cree que la presencia de algunos de los óxidos metálicos dotaría la composición tal y como se define en este escrito de sus propiedades antimicrobianas.
En particular, la presente invención se refiere a una composición que comprende
i) de un 10 a un 90 % en peso de silicatos minerales, seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos;
ii) de un 10 a un 90 % en peso de una mezcla de rocas ígneas, de silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos, y
iii) de 0 a un 20 % en peso de cal hidratada,
y en donde la composición comprende
- a) de un 5 a un 85 % en peso de óxido de magnesio, MgO;
- b) de un 4 a un 25 % en peso de óxido de hierro (111), Fe2O3;
- c) de un 1 a un 20 % en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2;
- d) de un 2 a un 18 % en peso de óxido de aluminio, AhO3;
- e) de un 8 a un 65 % en peso de dióxido de silicio, SiO2; y
- f) de un 0 a un 20 % en peso de óxido de calcio, CaO;
en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición; y
en donde la composición tiene un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
A parte del tamaño de partícula medio, la composición está definida por un lado por su composición mineral, es decir, por la proporción de componentes i) y ii), y, si está presente, el componente iii), y por otro lado por su composición química, es decir, por la proporción de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f).
Esto se debe a que la composición mineral además de determinar la composición química proporciona a la composición un componente estructural, como se detalla más adelante.
Se ha identificado que no solo la proporción de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) es importante para obtener los efectos de la invención, sino que dicho componente estructural también contribuye significativamente a su obtención.
También, cabe notar que los componentes i) y ii), y si está presente el componente iii), en sí mismos comprenden los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f), y que, por lo tanto, la naturaleza y proporción exacta de los componentes i) y ii), y opcionalmente iii), determinará la composición de óxidos metálicos e hidróxido de calcio a)-e) y opcionalmente f). Una persona experta en la materia entenderá que mezclando proporciones de i) e ii), y opcionalmente iii), dentro de los rangos especificados, se obtendrá una composición de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) también dentro de los rangos especificados.
En particular, como se detalla más adelante, un experto en la materia, p.ej., partiendo de materias primas naturales, puede mezclar una proporción deseada de componentes i) e ii), y opcionalmente iii), para obtener una composición con los porcentajes de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) especificados. Los componentes i), ii) y iii) son disponibles de forma comercial y de composición química conocida, por lo que un experto en la materia partiendo de dichos productos comerciales de composición conocida puede medir las proporciones adecuadas de los componentes y mezclarlos para llegar a una composición con una proporción de óxidos e hidróxidos dentro de las descritas en la presente memoria.
Además, los porcentajes de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) de la composición (y también de los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii)) se pueden determinar por métodos conocidos por un experto en la materia, como, por ejemplo, mediante espectrometría y/o absorción atómica.
Los silicatos minerales son el grupo de minerales de mayor abundancia en la corteza terrestre y de mayor importancia geológica por ser minerales que forman las rocas. Todos los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno y, además, estos elementos pueden estar acompañados de otros, entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio.
La composición descrita en la presente especificación comprende como componente i) de un 10 a un 90 % en peso de silicatos minerales que se seleccionan entre tectosilicatos y filosilicatos.
Los tectosilicatos son tetraedros de silicato (SiO4 -4) unidos por sus cuatro vértices a otros tetraedros, produciendo una malla de extensión tridimensional, compleja. A su vez, la sustitución de silicio por aluminio en algunos tetraedros permite que en la malla se coloquen cationes. Los tectosilicatos se pueden seleccionar de entre zeolitas (como, por ejemplo, heulandita, en particular Ca-heulandita), feldespatos (en particular plagioclasas), y feldospatoides.
Los filosilicatos son tetraedros de silicatos (SiO4 -4) unidos por tres vértices a otros tetraedros, formando una red plana que se extiende en un plano de dimensiones indefinidas. Esta estructura dota a estos silicatos de hábito foliado. Los filosilicatos que comprenden la composición de la invención se pueden seleccionar de entre arcillas (en particular seleccionadas de entre sepiolitas y cloritas), serpentinas y micas (en particular seleccionadas de entre moscovitas, biotitas y flogopitas).
En una realización particular, los tectosilicatos se seleccionan de entre zeolitas, feldespatos (en particular plagioclasas), y feldospatoides; y/o los filosilicatos se seleccionan de entre arcillas (en particular seleccionadas de entre sepiolitas y cloritas), serpentinas y micas (en particular seleccionadas de entre moscovitas, biotitas y flogopitas).
En otras realizaciones el componente i) se selecciona de entre zeolitas y arcillas, en particular sepiolitas, y en particular se selecciona uno de entre de entre zeolitas y arcillas, en particular sepiolitas. Así la composición puede comprender, p.ej., i) de un 10 a un 90 % en peso de tectosilicatos y/o filosilicatos seleccionados de entre zeolitas y arcillas. En particular, la
composición puede comprender, p.ej., i) de un 10 a un 90 % en peso de zeolita o de arcilla. En realizaciones particulares la arcilla puede ser sepiolita. Pero puede ser preferible que la composición comprenda i) de un 10 a un 90 % en peso de zeolita. La zeolita tiene la ventaja de que adsorbe los gases de CO2 y compuestos orgánicos volátiles, es decir, retiene estos gases facilitando así su posterior descomposición y carbonatación en la superficie de los minerales de la composición.
Los tectosilicatos y filosilicatos del componente i), dada su estructura, actúan mediante un proceso de adsorción por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de los mismos, haciendo de tamiz molecular, y posteriormente son liberados a la superficie mediante un proceso físico de desorción. Además los tectosilicatos y filosilicatos del componente i) poseen unas propiedades ácidas de forma natural, y debido a que, gracias a su particular estructura, como se ha explicado, pueden fijar pequeñas moléculas como el CO2 y compuestos volátiles en su superficie, los hacen más accesibles a los óxidos e hidróxidos metálicos de la composición, ayudando a acelerar la oxidación de los compuestos volátiles, la mineralización (carbonatación) del CO2 y a su vez la eliminación y descomposición de los mismos a temperatura ambiente.
Por tanto, los tectosilicatos y/o filosilicatos del componente i) de la composición actúan como catalizadores heterogéneos naturales ya que son materiales porosos y cristalinos con una forma de estructura relativamente rígidas de aluminosilicatos con carga negativa, además destacan por su capacidad de hidratarse y deshidratarse de un modo reversible y por intercambio iónico.
A efectos de la presente memoria, se entiende por catalizadores heterogéneos aquellos agentes químicos que consiguen que las reacciones de interés transcurran más rápidamente. Se ha observado que presentan una alta selectividad en condiciones ambientales de temperatura, p.ej. 10-40 °C, y presión alrededor de 1 atmósfera (1 bar o 0,1 MPa). Por tanto, los materiales inorgánicos que comprenden la composición de la presente invención funcionan como catalizadores naturales, y se ha observado que facilitan la mineralización del CO2 y la oxidación de componentes volátiles en condiciones ambientales de temperatura, p.ej. 10-40 °Cy presión alrededor de 1 atmósfera (1 bar o 0,1 MPa), por ejemplo, de 0,8 a 1,1 atmósferas (0,8 -1,1 bar o 0,08 -0 ,11 MPa).
Como se discute más adelante, los componentes de la composición incluyendo los tectosilicatos y/o filosilicatos del componente i), tienen un tamaño de partícula medio de 50
nm a 2000 ^m. Estos tamaños de partícula favorecen la actuación de los tectosilicatos y/o filosilicatos del componente i) como catalizados heterogéneos. Por lo tanto, también como se detalla más adelante, para conseguir dichos tamaños de partícula, los tectosilicatos y/o filosilicatos se tienen que seleccionar y opcionalmente micronizar.
Tectosilicatos y/o filosilicatos adecuados como componente i) pueden ser típicamente naturales. Los componentes naturales se pueden extraer, seleccionar y procesar directamente del ámbito natural o se pueden conseguir comercialmente. Ejemplos de tectosilicatos y/o filosilicatos naturales comerciales incluyen cristobalita, cuarzo, ortosa, albita, tridimita, arcillas, zeolitas, sepiolitas, entre otras.
Composiciones descritas en esta especificación comprenden i) de un 10 a un 90 % en peso de silicatos minerales, seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos, en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición. Cantidades dentro de este rango favorecen la interacción del sustrato (CO2, compuestos volátiles y/o microorganismos) con los óxidos y/o hidróxidos metálicos de la composición. Cantidades inferiores al 10 % tendrían un efecto más bajo de adsorción sobre dicha interacción y cantidades superiores al 90 %, atraparían mejor los gases, pero al haber una cantidad reducida del componente ii) la eliminación y carbonatación sería más lenta. La función del componente mineral i) como catalizador es de atrapar los gases de CO2 y compuestos orgánicos volátiles, así como su posterior adsorción y desorción para evitar la obstrucción y/o saturación de la composición.
La cantidad de componente i) puede ser preferiblemente del 12 al 80 %, en particular del 14 al 60 %, más en particular del 16 al 55 %, aún más en particular del 20 al 50 %, y todavía más en particular del 30 al 40 %.
La composición de la invención comprende además ii) de un 10 a un 90 % en peso de rocas ígneas y/o silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos.
En distintas ejecuciones particulares, el componente ii) puede comprender
- dos o más rocas ígneas,
- dos o más silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos, - una o más rocas ígneas y uno o más silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos.
- una o más rocas ígneas, uno o más silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos y uno o más silicatos minerales seleccionados de entre inosilicatos.
Puede ser preferible que el componente ii) comprenda dos o más rocas ígneas. En una ejecución más particular, si el componente ii) comprende dos o más rocas ígneas, puede comprender además uno o más silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos.
Cuando se refiere a más de una roca ígnea o a más de un silicato mineral se entiende que las rocas ígneas o silicatos minerales son distintos entre sí. Por ejemplo, rocas ígneas distintas entre sí pueden ser un basalto y una peridotita y silicatos distintos entre sí pueden ser dos nesosilicatos distintos (p.ej., una forsterita y una fayalita), dos inosilicatos distintos (p.ej., una wollastonita y un anfiboloide), o un nesosilicato (p.ej., una fosterita) y un inosilicato (p.ej., una wollastonita).
Las rocas ígneas se definen como aquellas rocas que se han formado por solidificación del magma, en un proceso de cristalización que resulta del enfriamiento de los minerales y del entrelazamiento de sus partículas.
Las rocas ígneas que pueden conformar el componente ii) de la composición descrita en esta especificación pueden seleccionarse de entre basaltos, peridotitas y gabros, preferiblemente el componente ii) puede comprender peridotita, y más en particular puede comprender peridotita y basalto.
Los silicatos minerales que pueden conformar el componente ii) de la composición descrita en esta especificación se seleccionan de entre los nesosilicatos y los inosilicatos.
Los nesosilicatos, también conocidos como ortosilicatos, comprenden tetraedros de silicato (SiO4 -4) sueltos o aislados, que se conocen como ión ortosilicato, de forma que cada valencia libre del tetraedro queda saturada por un catión distinto del silicio, se crean grandes fuerzas de enlace dentro del tetraedro (SiO4 -4). Ejemplos de nesosilicatos que puede comprender el componente ii) de la composición se pueden seleccionar de entre: forsterita y fayalita.
Los inosilicatos que pueden conformar la mezcla componente ii) de la composición descrita en esta especificación son grupos de tetraedros de silicato (SiO4 -4) unidos en largas cadenas de longitud indefinida. Los más comunes son los que presentan cadenas simples, los llamados piroxenos, mientras que los llamados anfíboles tienen cadenas dobles. Esta estructura dota a estos minerales de hábito fibroso. Ejemplos de inosilicatos que puede comprender el componente ii) de la composición se pueden seleccionar de entre, p.ej., wollastonitas, anfiboloides, y preferiblemente se seleccionan de entre wollastonitas.
En adición a o en alternativa a las rocas ígneas, la presencia de nesosilicatos y/o los inosilicatos proporciona un efecto de absorción del CO2 y los compuestos volátiles, reaccionando éstos con los óxidos metálicos y formando carbonatos, sílice y humedad, a temperaturas frías como a temperatura ambiente.
La estructura de los silicatos del componente ii) se distingue de la estructura de los silicatos del componente i) y ambos contribuyen al efecto de adsorción y desorción de los gases de CO2 y compuestos volátiles, gracias a la cual se consigue retener los gases en superficie para permitir su modificación química y expulsar los productos de dicha modificación.
En una realización particular de la invención, las rocas ígneas se seleccionan de entre: basaltos, peridotitas y gabros; los nesosilicatos se seleccionan de entre forsterita y fayalita; y/o los isosilicatos se seleccionan de entre wollastonitas.
Las rocas ígneas, los nesosilicatos y/o los inosilicatos adecuados como componente ii) son típicamente naturales. Los componentes naturales se pueden extraer seleccionar y procesar directamente del ámbito natural o se pueden adquirir comercialmente. Ejemplos de productos naturales comerciales incluye, basaltos, gabros, wollastonitas, olivinos, forsterita, fayalita, ringwoodita, entre otras.
Composiciones descritas en esta especificación comprenden ii) de un 10 a un 90 % en peso de rocas ígneas y/o de silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos, en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición. La cantidad de componente ii) puede ser preferiblemente de un 20 a un 90 %, en particular de un 30 al 85 %, más en particular de un 40 a un 80 % y aún más en particular de un 50 a un 75 %.
Como se ha descrito anteriormente, los tectosilicatos y/o filosilicatos del componente i) y las rocas ígneas, nesosilicatos y/o inosilicatos del componente ii), además de proporcionar un componente estructural a la composición, proporcionan el porcentaje de óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) requeridos.
De todas formas, la composición puede comprender iii) de 0 a un 20 % en peso de cal hidratada, en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición.
En el contexto de la invención, se utiliza indistintamente el término cal hidratada o portlandita para referirse al hidróxido de calcio que se encuentra en forma de cristales incoloros y/o polvo blanco, y se forma cuando la cal viva (óxido de calcio CaO) se mezcla con agua. La cal hidratada también se puede obtener como subproducto de procesos industriales. La cal
hidratada o portlandita también se conoce como hidrato de cal, cal muerta, cal de construcción, o cal química. Por ejemplo, la presencia de cal hidratada puede ser necesaria o interesante si una composición con una proporción de tectosilicatos y/o filosilicatos i) y una proporción de la mezcla ii) de rocas ígneas, nesosilicatos y/o inosilicatos tal y como se ha descrito no contuviera un porcentaje de 1 a 20 % de hidróxido de calcio, o si se quisiera ajustar el porcentaje de hidróxido de calcio dentro de este rango.
En ejecuciones particulares, la composición puede comprender, preferiblemente, de un 1a un 18 % de cal hidratada, más particularmente de un 2 a un 15 % de cal hidratada. De todos modos, el uso de cal hidratada es opcional y en otras realizaciones la composición puede no comprender cal hidratada, es decir, tener un 0 % de cal hidratada. La función del componente químico de la cal hidratada (el hidróxido de calcio, Ca(OH)2) es la de ayudar a mejorar la carbonatación a temperatura ambiente mediante esta reacción química, CO2 + Ca(OH) 2 ^ CaCO3 + H2O , además no necesita calor.
Por lo tanto, en ejecuciones específicas, siempre y cuando se cumplan además los porcentajes de los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) tal y como se describen aquí debajo, una composición descrita en la presente especificación puede consistir en los componentes i) y ii) o en los componentes i), ii) y iii).
En una realización particular, la composición puede comprender, por ejemplo, silicatos seleccionados de entre zeolitas y acillas (en particular sepiolitas), y preferiblemente de entre zeolitas como componente i), y una mezcla de rocas ígneas (seleccionadas de entre rocas basálticas, peridotitas, y gabro) con isosilicatos (seleccionados de entre wollastonitas) como componente ii), y cal hidratada como componente iii).
En una realización más particular, la composición puede comprender zeolita o arcilla, en particular sepiolita, como componente i), una mezcla de basalto y peridotita como componente ii) y cal hidratada como componente iii).
En una realización particular, la composición puede comprender (o consistir en) i) de un 10 a un 60 % de zeolitas, ii) de un 15 a un 60 % de basalto; de un 5 a un 70 % de peridotita y iii) de un 2 a un 15 % de cal hidratada, el porcentaje siendo en peso con respecto al peso de la composición.
En otra realización particular, la composición puede comprender (o consistir en) i) de un 10 a un 60 % de arcilla, ii) de un 15 a un 65 % de basalto, de un 3 a un 80 % de peridotita; y iii) de
un 1 a un 15 % de cal hidratada. En una realización aún más particular la arcilla es sepiolita. En otra realización, aún más particular la composición puede comprender de un 10 a un 60 % de sepiolita, de un 15 a un 65 % de basalto, de un 8 a un 80 % de peridotita, y de un 1 a un 15 % de cal hidratada, el porcentaje siendo en peso con respecto al peso de la composición.
Composiciones descritas en esta especificación comprenden
a) de un 5 a un 85 % en peso de óxido de magnesio, MgO;
b) de un 4 a un 25 % en peso de óxido de hierro (III), Fe2O3;
c) de un 1 a un 20 % en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2;
d) de un 2 a un 18 % en peso de óxido de aluminio, AhO3;
e) de un 8 a un 65 % en peso de dióxido de silicio, SiO2; y
f) de un 0 a un 20 % en peso de óxido de calcio;
en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición.
Como se ha descrito anteriormente, la constitución química de la composición está definida por los porcentajes de los componentes óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f), y dicha constitución química viene determinada por los componentes minerales de la composición i)-iii). Los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f), y sus porcentajes, contribuyen a la obtención de los efectos deseados de la composición, si se usan en combinación con los componentes minerales especificados, que proporcionan un elemento estructural a la composición.
En particular, los efectos beneficiosos se observan con la combinación de los componentes químicos a)-e) en las proporciones especificadas como se detalla en lo siguiente.
La composición comprende a) de un 5 a un 85 % en peso de óxido de magnesio, MgO. El óxido de magnesio es un componente químico que se encuentra típicamente en, p.ej., peridotita, basaltos, gabro y en minerales nesosilicatos y/o inosilicatos. En varios ejemplos el porcentaje de MgO puede ser de un 10 a un 65 %, en particular de un 15 % a un 50 %, y más en particular de un 20 % a un 40 %.
El MgO se puede encontrar acompañado de iones de ortosilicato, también conocidos como aniones de tetróxido de silicio, que pueden ayudar a acelerar la carbonatación junto con los minerales catalizadores de la formulación a temperatura ambiente sin necesidad de otras energías.
La composición comprende b) de un 4 a un 25 % en peso de óxido de hierro (III), Fe2O3. El
óxido de hierro (III) es un componente químico que se encuentra típicamente en las rocas ígneas y sobre todo en los minerales nesosilicatos y/o inosilicatos. El Fe2O3 actúa de manera similar al MgO. Además, sin estar ligados a ninguna teoría se cree que el óxido de hierro (III), Fe2O3, proporciona un efecto antimicrobiano junto con el AhO3. En varios ejemplos el porcentaje de Fe2O3 puede ser de un 6 % a un 18 %, en particular de un 7 % a un 15 %, y más en particular de un 8 % a un 12 %.
La composición comprende c) de un 1 a un 20 % en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2.
El hidróxido de calcio es el componente químico de la cal hidratada/portlandita del componente iii) de la composición. Por lo tanto, el componente iii) puede aportar la totalidad de la cantidad de hidróxido de calcio. Sin embargo, el componente iii) puede no estar presente o aportar solo parte del porcentaje de hidróxido de calcio. Igualmente, los componentes minerales ii) también pueden aportar parte o todo el porcentaje de hidróxido de calcio a la composición. En caso de que los componentes minerales ii) no aporten el porcentaje indicado de hidróxido de calcio, se le adiciona el componente iii) en forma de portlandita /cal hidratada a la composición hasta alcanzar un valor de un 1 a un 20 % con respecto al peso total de la composición. El componente iii) también puede añadirse para ajustar la cantidad de hidróxido de calcio dentro de este rango, cuando, p.ej., el componente ii) aporta ya una cantidad dentro del rango, pero se desea aumentar dicha cantidad, siempre manteniéndose dentro del rango.
El Ca(OH)2 presente en la composición de la invención contribuye a la fijación del CO2 ayudando a otros óxidos presentes en la composición, como son el óxido de hierro (III) y el óxido de magnesio, que como se describe más arriba, también pueden estar acompañados de iones de ortosilicato. Además. el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) ayuda a la carbonatación sin la presencia de calor, es decir, a temperatura ambiente.
En varios ejemplos el porcentaje de Ca(OH)2 puede ser de un 2 % a un 18 % en peso, y más en particular de un 3 % a un 16 %, y aún más en particular de un 4 % a un 14 %.
La composición comprende d) de un 2 a un 18 % en peso de óxido de aluminio, AhO3. El óxido de aluminio es un componente químico que se encuentra típicamente en nesosilicatos y/o inosilicatos. Sin estar ligados a ninguna teoría, se cree que el óxido aluminio AhO3 también proporciona un efecto antimicrobiano, junto con el óxido de hierro y el hidróxido de calcio. Proporciones inferiores de un 2 % de AhO3 afectan perjudicialmente a las capacidades de hidroxido de calcio de la composición, proporciones superiores al 18 % de AhO3 no mejoran sus propiedades, incluso son perjudiciales para la respiración. En varios ejemplos el
porcentaje de AI2O3 puede ser de un 4 % a un 16 % en peso, y más en particular de un 6 % a un 14 %. En algunas ejecuciones, el porcentaje de AhO3 puede ser de un 10 % a un 18 %, en particular de un 1 2 % a un 16 %.
La composición comprende e) de un 8 a un 65 % en peso de dióxido de silicio), SiO2. El dióxido de silicio es un constituyente principal de los componentes i) y ii) de la composición. El SiO2 actúa de manera similar que el óxido de hierro, Fe2O3, y el óxido de magnesio, MgO. Proporciones inferiores de un 8 % de SiO2 afectan perjudicialmente a las capacidades de la composición; proporciones superiores al 65 % no mejoran sus propiedades, incluso son perjudiciales. En varios ejemplos el porcentaje de SiO2 puede ser de un 10 a un 55 %, más en particular de un 15 a un 45 % y más en particular de un 18 a un 40 %.
En varias ejecuciones particulares la composición puede comprender (o consistir en) a) de un 10 a un 65 % en peso de MgO; b) de un 6 % a un 18 % en peso de Fe2O3, c) de un 2 a un 18 % en peso de Ca(OH)2, d) de un 4 a un 16 % en peso de AhO3 ye ) de un 10 a un 55 % en peso de SiO2.
En varias ejecuciones más particulares la composición puede comprender (o consistir en) a) de un 10 a un 50 % en peso de MgO; b) de un 7 % a un 15 % en peso de Fe2O3, c) de un 2 a un 18 % en peso de Ca(OH)2, d) de un 4 a un 16 % en peso de AhO3 ye) de un 15 a un 45 % en peso de SiO2.
La composición de la presente invención y el CO2 o compuestos volátiles reaccionan, con varios procesos que tienen lugar al mismo tiempo. Por ejemplo, se pueden identificar las siguientes transformaciones: formaldehído (CH2O) en CO2 + H2O, amoníaco (NH3) en nitrógeno y agua y/o en nitritos y/o nitratos (NO2VNO3-), el dióxido de azufre se descompone en sulfito y/o sulfatos (SO32-/ SO4 2- p.ej. de calcio) y el CO2 ambiental (o derivado del formaldehído) en carbonatos (p.ej., MgCO3, CaCO3, FeCO3, y/o Ah(CO3)3).
Típicamente además de los óxidos e hidróxidos a)-e) la composición puede contener otros componentes que sean, p.ej., constituyentes naturales de los componentes minerales i)-ii).
Por ejemplo, en una realización particular, la composición de la invención puede comprender otros óxidos metálicos tales como: CaO, TiO2, Na2O, K2O, P2O5 y ZnO, Estos óxidos metálicos adicionales pueden estar presentes, cada uno, en proporciones de un 0 a un 20 % en peso en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso total de la composición. En particular de un 1 a un 18 %, de un 4 a un 16 %, y más en particular de un 5 a un 15 %. Así la composición
puede comprender, p.ej., f) de un 0 a un 20 % en peso de óxido de calcio, CaO y/o de un 0 a un 20 en peso de TiO2. Puede ser, por ejemplo, preferible que la composición comprenda óxido de calcio (CaO). Por ejemplo, en ejecuciones especificas la composición puede comprender de 4 a 20 % en peso de óxido de calcio (CaO). El óxido de calcio puede contribuir a acelerar la carbonatación.
Por ejemplo, en una ejecución particular, la composición puede comprender (o consistir en) a) de un 5 % a un 85 % en peso de MgO, b) de un 4 a un 25 % en peso de Fe2O3, c) de un 1 a un 20 % en peso de hidróxido de calcio Ca(OH)2, d) de un 2 a un 18 % en peso de óxido de aluminio AhO3,e) de 8 % a 65 % en peso de SiO2, y f) de un 4 a un 20 % en peso de óxido de calcio CaO, en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición.
Pero puede ser preferible que la composición no comprenda estos óxidos adicionales (como K2O, o TiO2) u ortosilicatos. En particular puede ser preferible que la composición no comprenda óxido de titanio (TiO2), es decir, sea libre de óxido de titanio o tenga un 0 % de óxido de titanio.
Además, por ejemplo, si la composición comprende nesosilicatos (llamados también ortosilicatos) como parte del componente ii) la composición puede comprender iones de ortosilicato (SiO44-), p.ej., en forma de sales como el ortosilicato de sodio. Estas sales de ortosilicato pueden estar presentes en proporciones de un 0 a un 30 % en peso en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso total de la composición, en particular de un 2 a un 20 %, y más en particular de un 5 a un 15 %.
Además, en varias ejecuciones, la composición puede consistir en los componentes químicos a)-e), y excluir la presencia de otros componentes. Así, en una realización particular, la composición de la invención se puede caracterizar porque consiste en a) de un 5 a un 85 % en peso de óxido de magnesio, MgO; b) de un 4 a un 25 % en peso de óxido de hierro (III), Fe2O3; c) de un 1 a un 20 % en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2; d) de un 2 a un 18 % en peso de óxido de aluminio, Al2O3; y e) de un 8 a un 65 % en peso de dióxido de silicio, SiO2, en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso total de la composición y el total de MgO, Fe2O3, Ca(OH)2, Al2O3, y SiO2 suman el 100 % con respecto al peso total de la composición. Por tanto, de acuerdo con esta realización particular la composición de la invención no comprende ningún otro óxido tal como TiO2 o CaO, ni ningún otro componente adicional.
Composiciones descritas en esta especificación tienen un tamaño de partícula medio de 50
nm a 2000 ^m. Fuera de este intervalo de tamaño de partícula, la composición no ejerce su actividad en la mineralización/carbonatación y eliminación del dióxido de carbono y la oxidación de componentes volátiles de forma tan eficiente. El tamaño de partícula también favorece el efecto antimicrobiano de la composición. Particularmente, el tamaño de partícula medio puede ser de 50 nm a 1000 ^m, más en particular de 75 nm a 500 ^m. Puede ser preferible que la composición tenga un tamaño de partícula medio de 100 nm a 300 ^m, en particular de 1 μm a 100 ^m, y más particularmente de 5 ^m a 50 ^m, y todavía más particularmente de 10 ^m a 30 ^m. Sin estar ligado con una teoría, se cree que el tamaño de partícula es importante porque ofrece una mayor superficie de contacto con el entorno y, en conjunción con el componente i) de la composición, favoreciendo así la adsorción de los sustratos de las reacciones de interés, es decir, CO2, componentes volátiles (CH2O, NH3 o SO2) y/o microorganismos, para que puedan reaccionar con los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f).
El tamaño de partícula de la composición se puede obtener, por ejemplo, por selección de los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii) con un tamaño de partícula adecuado o por micronización de los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii). La selección de tamaños de partícula se puede realizar, p.ej., con un tamizado utilizando tamices de laboratorio que dejan pasar o retienen partículas del tamaño deseado, de manera conocida para un experto en la materia. La micronización es la reducción del tamaño de partícula de dichos componentes minerales y se puede realizar por técnicas conocidas por un experto en la materia. Por ejemplo, la micronización se puede realizar utilizado un micronizador comercial, p.ej. un molino micronizador MMS, un molino micronizador coloidal Moritz, etc. Generalmente los micronizadores comerciales permiten indicar el tamaño de partícula medio deseado y el material micronizado resultante tiene dicho tamaño de partícula.
El tamaño de partícula de la composición también puede determinarse por cualquier técnica conocida por el experto en la materia, de caracterización de tamaño de partículas. Por ejemplo, el tamaño de partícula de la composición puede determinarse mediante la técnica de dispersión dinámica de la luz (DLS por sus siglas en inglés, dinamic light scattering). Otro ejemplo puede ser analizar una muestra de la composición con una máquina de análisis Mastersizer, que utiliza la difracción láser para medir el tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula de la muestra.
La composición se presenta típicamente en forma granular, p.ej., como un polvo. La composición se puede presentar en forma líquida, p.ej., en suspensión en un solvente para
su aplicación, p.ej., en carreteras, en particular puede estar en suspensión, en resinas para, p.ej., la aplicación mediante spray, etc.
La presente memoria también se refiere a un producto que comprende la composición de la invención, en donde el producto se selecciona de entre un material polimérico, un material textil, un material celulósico, un material de construcción y un revestimiento.
En una realización particular, el producto puede ser un material polimérico, y más en particular un material polimérico que se puede seleccionar, por ejemplo, de entre PS (poliestireno,) PP (polipropileno), PVC (policloruro de vinilo), LDPE (polietileno de baja densidad), HDPE (polietileno de alta densidad), PET (tereftalato de polietileno), PLA (ácido poliláctico), poliéster, PC (policarbonato), y caucho (también conocido como goma natural).
En otra realización particular el producto puede ser un recubrimiento, y más en particular un recubrimiento que se selecciona de entre una pintura, un barniz, un tinte o una resina. Preferiblemente, el recubrimiento puede ser una pintura o un barniz. Dichos recubrimientos pueden aplicarse directamente a superficies de distintas formas como en paredes, suelos, todo tipo de señales viales, etc. así como también pueden aplicarse a todo tipo de sustratos para la fabricación de todo tipo de artículos, como se detalla más adelante.
En otra realización particular, el producto puede ser un material textil, y más en particular el material textil puede seleccionarse de entre materiales tejidos y no tejidos (también referidos en el arte como non-woven) de fibras naturales (por ejemplo, seleccionadas de entre algodón, lana) y/o de fibras sintéticas (por ejemplo, seleccionadas de entre nylon, polyester, y acrílico).
En otra realización particular, el producto puede ser un material celulósico, y más en particular el material celulósico puede seleccionarse, por ejemplo, de entre papel, cartón y madera.
En otra realización particular, el producto puede ser un material de construcción, y más en particular el material de construcción puede seleccionarse de entre morteros, yesos, cementos, hormigón, ladrillos, baldosas. Preferiblemente, para aprovechar al máximo las propiedades de la composición descrita en esta memoria el material de construcción es un material que se encontrara expuesto al ambiente, es decir, es preferiblemente un material que se encuentra o se aplica en las superficies de los elementos de construcción.
En otro aspecto, la presente memoria se refiere un artículo o un elemento de construcción que comprende la composición o el producto descritos en la presente memoria.
Por ejemplo, el artículo o el elemento de construcción puede constituirse de la composición o de los productos descritos aquí arriba o puede constituirse de otros materiales combinados (p.ej., recubiertos) con la composición o con los productos descritos.
En realizaciones particulares, el artículo se puede seleccionar de entre, p.ej., un filtro, un artículo textil, un artículo de desgaste y un envase. En realizaciones más particulares, el artículo puede ser un filtro, en particular el filtro puede seleccionarse de entre filtros de aire, filtros de depuración y filtros catalíticos. En realizaciones más particulares un artículo textil, puede ser seleccionado de entre mascarillas; ropa, incluyendo ropa de hogar, ropa de cama, ropa deportiva, ropa de trabajo, ropa de moda; calzado; y tapicería, como por ejemplo tapicería para asientos de vehículos. En otras realizaciones más particulares un artículo de desgaste puede ser, por ejemplo, un neumático. En otras realizaciones más particulares un envase puede ser seleccionado de entre cajas, embalajes, botellas, y vasos.
En otras realizaciones particulares el elemento de construcción se puede seleccionar de entre una pared, un pavimento, y una carretera, un suelo, un techo, y una fachada.
Un producto, un artículo o un elemento de construcción tal y como se describe en la presente memoria puede comprender, por ejemplo, de un 0,1 a un 25 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción. Se ha observado que productos, artículos o elementos de construcción con tales porcentajes de la composición descrita, presentan los efectos ventajosos de la composición. Sorprendentemente con cantidades relativamente pequeñas de la composición se pueden conseguir los efectos beneficiosos en productos, artículos o elementos de construcción comprendiendo la mismas. En ejecuciones particulares, el producto, artículo o elemento de construcción puede comprender de un 0,2 a un 20 %, en particular de un 0,5 a un 15 % y más en particular de un 1 a un 10 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
El modo de acción de la composición de la presente invención en los productos, artículos o elementos de construcción descritos consiste en la carbonatación (también referida como mineralización) del CO2, y la oxidación compuestos volátiles (como el formaldehído, el amoníaco o el dióxido de azufre). En la presente descripción la oxidación de compuestos volátiles se refiere también su eliminación como consecuencia de dicha oxidación. Ventajosamente, con la composición descrita en la presente memoria, dichas reacciones tienen lugar en condiciones ambientales (de temperatura y presión). Para aprovechar al
máximo las propiedades de la composición descrita, cuando esta se aplica a un artículo o a un elemento de construcción, en sí misma o como parte de uno de los productos descritos, la composición preferiblemente se encuentra expuesta al ambiente, es decir, se encuentra preferiblemente en la superficie de dichos artículos o elementos de construcción. Así, cuando los componentes de la composición de la invención entran en contacto con el CO2 y los compuestos volátiles ambientales se da un proceso de adsorción/desorción en el que se atrapan químicamente dichos gases convirtiéndolos por la acción de los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f), transformándolos en otros productos. Por ejemplo, tal y como se describe más arriba, el CO2 se transforma en carbonato (CO32") y más particularmente en sus sales (como carbonato de calcio, CaCO3; carbonato de magnesio, MgCO3; carbonato de aluminio, Ah(CO3)3, y/o carbonato de hierro, FeCO3), el formaldehído en H2O y CO2, que a su vez el CO2 se transforma en carbonato, p.ej. de calcio, el amoniaco se transforma en nitrito (NO2") que a su vez se puede transformar en nitrato (NO3") y en sus sales y/o en N2 y H2O. Estas transformaciones se pueden verificar por métodos conocidos por un experto en la materia, por ejemplo, mediante análisis termogravimétrico (TG).
Por las propiedades de los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f), no solo se transforman los gases, pero los productos resultantes se capturan y eliminan. Consecuentemente se reducen así las cantidades ambientales de dichos gases de partida nocivos, reduciendo así el incremento del efecto invernadero y sus consecuencias en la salud. Así, los productos de conversión de CO2 y de los compuestos volátiles, quedan atrapados en la superficie del artículo o elemento de construcción, pero subsecuentemente se dispersan hacia el suelo a través, p.ej., del roce por el uso de los artículos o por acción del agua de la lluvia u otros elementos medioambientales (viento, nevadas, etc.) encima de los elementos de construcción, en donde estos productos de reacción no solo no son nocivos para la salud, sino que además pueden ser beneficiosos para el medio ambiente, como, por ejemplo, los nitritos y nitratos.
En otro aspecto, la presente memoria se refiere a un método de preparación de la composición descrita.
Como se ha descrito más arriba, una composición con un tamaño de partícula dentro del rango definido se puede obtener, por ejemplo, por selección de los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii) con un tamaño de partícula adecuado o por micronización de los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii).
La composición se puede preparar mezclando los componentes minerales i), ii) y opcionalmente iii) antes y/o después de obtener un tamaño de partícula medio adecuado por selección o micronización.
La selección de tamaños de partícula se puede realizar, p.ej., con un tamizado utilizando tamices de laboratorio que dejan pasar o retienen partículas del tamaño deseado, de manera conocida para un experto en la materia.
La micronización se puede realizar por técnicas conocidas por un experto en la materia. Por ejemplo, la micronización se puede realizar utilizado un micronizador comercial, p.ej., un molino micronizador MMS, un molino micronizador coloidal Moritz, etc. Generalmente, los micronizadores comerciales permiten indicar el tamaño de partícula medio deseado y el material micronizado resultante tiene dicho tamaño de partícula.
En una ejecución particular el método de preparación de la composición descrita puede comprender:
a) mezclar de un 10 a un 90 % en peso de i) silicatos minerales seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos con de 10 a 90 % en peso de ii) de rocas ígneas y/o silicatos minerales, seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos, y, de 0 a un 20 % en peso de iii) cal hidratada, el porcentaje en peso siendo con respecto al peso de la composición; y b) micronizar los silicatos minerales y/o las rocas ígneas y, opcionalmente, la cal hidratada antes y/o después del paso (a), para obtener una composición con un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
La composición preparada comprende los óxidos e hidróxidos metálicos a)-e) y opcionalmente f) en los porcentajes definidos aquí arriba.
En la etapa a) del método de preparación de la composición, se procede a mezclar el componente i) silicatos minerales seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos y el componente ii) rocas ígneas y/o silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos y, opcionalmente el componente iii) cal hidratada, por métodos conocidos en el arte, por ejemplo, calculando los pesos de cada componente.
El método puede comprender analizar una fracción de los componentes i) y/o ii) antes de ser mezclados o analizar una fracción de la mezcla obtenida para comprobar su constitución química de óxidos e hidróxidos a)-e) y opcionalmente f), y ajustar las cantidades de los componentes i) y/o ii) y opcionalmente iii), si fuera necesario, para obtener los porcentajes de
óxidos e hidróxidos a)-e) y opcionalmente f) deseados, dentro de los rangos definidos.
Los componentes minerales i), ii) y iii) pueden ser adquiridos comercialmente, en cuyo caso la composición de óxidos e hidróxidos en éstos viene indicada por el fabricante y, por tanto, a partir de esta información, el experto en la materia será capaz de preparar, ajustar y determinar la composición química de la mezcla para llegar a una proporción de óxidos e hidróxidos deseada dentro de los rangos descritos.
Los componentes minerales i) y/o ii) así como la composición final, además se pueden analizar para determinar su constitución química por métodos conocidos por un experto en la materia. Por ejemplo, se pueden analizar mediante técnicas de espectrometría y/o absorción atómica.
Si, por ejemplo, la mezcla obtenida no contuviera un porcentaje de hidróxido de calcio dentro del rango requerido o si se quisiera ajustar dicho porcentaje, el método podría comprender mezclar una cantidad apropiada de cal hidratada (iii) en el paso a). Si el método comprende mezclar cal hidratada (iii) esta se puede mezclar con los componentes (i) e (ii) en cualquier orden deseado.
El método de preparación de la composición comprende b) micronizar los silicatos minerales y/o las rocas ígneas y, opcionalmente, la cal hidratada (iii), antes y/o después del paso (a), para obtener una composición con un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
La micronización se puede realizar tal y como se ha detallado más arriba. En particular, la micronización se puede realizar en una o más etapas para obtener un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m del material micronizado, por ejemplo, de 50 nm a 1000 ^m, en particular de 75 nm a 500 ^m, más en particular de 100 nm a 300 ^m, más en particular de 1 ^m a 100 ^m, todavía más en particular de 5 ^m a 50 ^m, y todavía más particularmente de 10 ^m a 30 ^m. En esta etapa el micronizador se puede ajustar al tamaño de partícula deseado.
Típicamente los componentes de partida (i), (ii) y opcionalmente (iii) pueden tener cualquier tamaño de partícula, siempre y cuando después de la micronización la composición final tenga un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
Dependiendo del tamaño de partícula inicial habrá que micronizar uno o más de los componentes (i), (ii), y/o (iii). En realizaciones particulares tanto el componente (i) como el componente (ii) se micronizarán. Opcionalmente, si el componente (iii) se utiliza para preparar la composición también puede ser micronizado.
En otro aspecto, la presente memoria se refiere a un método de preparación del producto, artículo o elemento de construcción que comprende aplicar la composición de la invención a un sustrato, en donde:
- la composición se aplica mezclando la composición con el sustrato, o
- la composición se aplica sobre el sustrato, o
- la composición se aplica mezclando la composición con un primer sustrato, para obtener un producto que es un revestimiento, y el producto obtenido se aplica sobre un segundo sustrato.
Dicho método de preparación del producto, artículo o elemento de construcción puede comprender además las etapas de preparación de la composición tal y como se describen más arriba.
Típicamente, la composición se puede aplicar a dicho sustrato de manera que la composición se encuentra en un porcentaje de un 0,1 % a un 25 % en peso con respecto al producto, artículo o elemento de construcción. En ejecuciones particulares, la composición se puede aplicar de manera que el producto, artículo o elemento de construcción pueda comprender de un 0,2 a un 20 %, en particular de un 0,5 a un 15 % y más en particular de un 1 a un 10 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
En una realización particular, la composición puede aplicarse, p.ej., en polvo o en suspensión en un disolvente (p.ej., agua y/o alcohol, opcionalmente incluyendo un coadyuvante y/o un espesante) y la composición en polvo o en suspensión puede mezclarse directamente con el sustrato, o puede aplicarse mediante el uso de, p.ej. pulverizadores sobre el sustrato distribuyéndose homogéneamente encima del sustrato, para obtener, p.ej., un revestimiento de la composición encima del sustrato. La composición también se puede aplicar mezclada con adhesivos.
En otra realización particular, la composición de la invención puede aplicarse en un producto que es un revestimiento, como una pintura, un barniz, un tinte o una resina. La composición se puede aplicar ya sea en el proceso de fabricación de dichos revestimientos o como un componente separado que se puede añadir/mezclar en el mismo revestimiento justo antes de su aplicación. Así los constituyentes del sustrato con el que se mezcla la composición para preparar un revestimiento son los constituyentes del mismo revestimiento. Por ejemplo, la composición puede mezclarse con polímeros, tensioactivos, colorantes, y otros constituyentes típicos para preparar un revestimiento deseado.
La composición también se puede aplicar en un material polimérico, p.ej., mezclando la composición con un polímero, procesar un polímero junto con la composición o realizar una polimerización para preparar un polímero en presencia de la composición, y así obtener un polímero con la composición integrada en el mismo. En una ejecución particular la composición se puede aplicar al material polimérico en el momento del mezclado del polímero con aditivos para su formulación, p.ej., para un uso especifico.
Alternativamente, la composición se puede aplicar sobre un material polimérico en sí como un recubrimiento o como parte de un recubrimiento que comprenda la composición, como una pintura, un barniz, un tinte o una resina.
En la aplicación de la composición en un material polimérico, el sustrato se corresponde al componente polimérico del material, como, por ejemplo, el sustrato se puede seleccionar de PS (poliestireno), PP (polipropileno), PVC (policloruro de vinilo), LDPE (polietileno de baja densidad), HDPE (polietileno de alta densidad), PET (tereftalato de polietileno), PLA (ácido poliláctico), poliéster, PC (policarbonato) y caucho.
La composición también se puede aplicar a un material textil, un material celulósico, un material de construcción, aplicando la composición como tal o aplicándola como parte de otro producto, como un recubrimiento o un material polimérico que comprende la composición. La aplicación para este tipo de productos se puede realizar de manera similar a lo descrito arriba para el material polimérico.
Por ejemplo, un recubrimiento que comprende la composición se puede aplicar por spray, con pincel, o con rodillos a un material textil o celulósico o incluso un material polimérico.
Un material polimérico que comprende la composición se puede aplicar laminando, p.ej., un material textil o un material celulósico o incluso laminando otro material polimérico.
La composición también se puede aplicar a un material de la construcción añadiéndola entre los componentes minerales que están típicamente presentes en estos materiales en la preparación de los mismos o incluso remplazando parte de los componentes minerales de formulaciones típicas de estos materiales de la construcción con componentes principalmente minerales, por ejemplo, la composición se puede aplicar a morteros, yesos, cementos, asfaltos, hormigones, ladrillos y baldosas.
En otra realización particular, la composición se puede aplicar en un artículo o un elemento de construcción, donde la composición se aplica a dicho artículo o elemento de construcción
directamente o como parte de un producto que comprende la composición, como por ejemplo un material polimérico, un material textil, un material celulósico, un material de construcción, o un revestimiento.
Cuando el elemento de construcción es, por ejemplo, una carretera, la aplicación de la composición se puede hacer por lechada, es decir, se mezcla la composición con el mineral que constituye la lechada que se quiera aplicar a la carretera, y la lechada que comprende la composición se puede aplicar directamente a la superficie de la carretera. Alternativamente, la composición se puede aplicar en la fabricación del asfalto y colocar la composición en la última capa del asfalto, p.ej., antes de pasar la apisonadora. Cuando el elemento de construcción es, por ejemplo, una pared, como una fachada, la composición se puede aplicar formando parte de un mortero que se aplique en la superficie de la pared o fachada.
Por otro lado, artículos textiles, como mascarillas, ropa, calzado y tapicerías, pueden constituirse de un material textil que comprende la composición o la composición se puede aplicar al artículo textil, p.ej., aplicando un recubrimiento que comprende la composición al artículo textil, laminando el artículo textil con un producto que comprende la composición o contactando el artículo con una suspensión de la composición en un solvente. En una realización particular, la composición se puede aplicar por foulard, proceso en el cual se añade la composición al textil por inmersión del textil en una suspensión de la composición y subsiguiente escurrido por cilindros de presión. La composición además se puede fijar con resinas textiles como, por ejemplo, los elastómeros, la composición se puede mezclar con la resina textil y aplicar al material textil o directamente al artículo por foulard, estampación, imprimación. Materiales y artículos textiles dotados de la composición de la invención además de eliminar los gases como el CO2 y compuestos volátiles, gozan de propiedades antimicrobianas.
En otras realizaciones, la composición se puede aplicar a artículos de desgaste, como un neumático. Por ejemplo, la composición de la invención se puede aplicar en neumáticos, por ejemplo, mezclando la composición con constituyentes típicos de un neumático que son principalmente de caucho. Por lo tanto, en la preparación de neumáticos que comprenden la composición, la composición se puede aplicar al caucho como el sustrato. Los neumáticos prácticamente no tienen porosidad, pero a medida que se van desgastando la composición queda expuesta y actúa con los gases CO2 y componentes volátiles. En la mayoría de los países el dibujo del neumático debe tener una profundidad superior a 1,6 mm (Unión Europea) o 2/32 pulgadas (Estados Unidos), y conforme disminuye el grosor del neumático, la
composición de la invención realiza la carbonatación, eliminación y oxidación, minimizando los problemas medioambientales sin deteriorar la calidad del neumático y prácticamente sin aumentar los costes de los neumáticos.
En un otro aspecto, la presente memoria se refiere al uso de la composición descrita en la presente memoria o del producto, artículo o elemento de construcción que comprende la misma para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura (p.ej., 10-40 °C) y presión alrededor de 1 atmósfera (1 bar o 0,1 MPa), por ejemplo, de 0,8 a 1,1 atmósferas (0,8 -1,1 bar o 0,08 - 0,11 MPa).
El uso de la composición de la invención o del producto, artículo o elemento de construcción que comprenden la misma, ofrece ventajas frente al uso de otras composiciones que se encuentran en el estado de la técnica, ya que la composición de la invención tiene la capacidad de catalizar la mineralización (también referida como carbonatación) y eliminar el dióxido de carbono CO2 y oxidar los compuestos volátiles (como formaldehído, amoníaco u óxido de azufre) eliminándolos en condiciones ambientales de temperatura y presión.
Por ejemplo, para la mineralización de CO2 éste se puede encontrar en el ambiente en una concentración de 350 a 5000 ppm, en particular de 375 a 3000 ppm, y más en particular de 390 a 1500 ppm, más en particular de 400 a 1200 ppm y aún más en particular de 410 a 1000 ppm.
En un otro aspecto de la invención, la presente memoria se refiere a un método para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles que comprende exponer la composición o el producto, artículo o elemento de construcción tal y como se describe en la presente memoria, a dichos dióxido de carbono y/o compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión.
Con mineralización de dióxido de carbono, se entiende la transformación de CO2 en sales inorgánicas como carbonato de calcio (CaCO3), carbonato de magnesio (MgCO3), carbonato de aluminio (Ah(CO3 ) 3 y/o carbonato de hierro (FeCO3). Este proceso también se conoce como carbonatación.
Con oxidación de compuestos volátiles se entiende la transformación de compuestos volátiles por oxidación. Los compuestos oxidados se eliminan como se detalla más adelante.
La mineralización del CO2 y la oxidación de compuestos volátiles resulta pues en su eliminación del ambiente, reduciendo así la presencia de estos gases nocivos.
En una realización particular de este aspecto, los compuestos volátiles se seleccionan de entre compuestos inorgánicos volátiles (en particular el amoníaco, el dióxido de azufre) y compuestos orgánicos volátiles (en particular el formaldehído).
En una realización particular de este aspecto, el método se lleva a cabo en unas condiciones de temperatura de 10 a 40 °C y presión alrededor de 1 atmósfera (1 bar o 0,1 MPa), por ejemplo, de 0,8 a 1,1 atmósferas (0,8 -1,1 bar o 0,08 - 0,11 MPa) de presión.
Los inventores encontraron sorprendentemente que cuando la composición de la invención, el producto, artículo o elemento de construcción se exponen al dióxidos de carbono (CO2) y compuestos volátiles tales como formaldehído, el amoníaco o el dióxido de azufre, empieza un proceso de canalización, carbonatación y oxidación de los gases adsorbidos en la composición con la ayuda del componente i), como p.ej., las arcillas o zeolitas, gracias a su malla molecular, mientras que los óxidos metálicos y el hidróxido de calcio ayudan a acelerar la carbonatación a temperatura ambiente, el CO2 entra en proceso de carbonatación y descomposición en carbonatos (p.ej., CaCO3, MgCO3, Ah(CO3)3, y FeCO3) y los componentes volátiles se oxidan y descomponen, por ejemplo el amoniaco se descompone en nitrógeno y agua y/o en nitritos y nitratos, el óxido de azufre en sulfito de calcio y sulfato de calcio y el formaldehído en metilo, que a su vez desaparece.
Los inventores encontraron sorprendentemente que la composición de la invención descompone la mayoría de los gases como el CO2 y gases volátiles mencionados de la atmósfera a temperatura ambiente y sin procesos de altas temperaturas tanto de día como de noche, es decir sin necesidad de radiación UV proveniente de la luz solar diurna.
Además, los inventores en sus investigaciones sorprendentemente encontraron que la composición de la invención presenta propiedades antimicrobianas. Por tanto, el uso de la composición de la invención para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión ofrece otras ventajas asociadas a las propiedades antimicrobianas de la misma.
Por tanto, en otro aspecto, la presente memoria se refiere al uso de la composición de la invención o el producto, artículo o elemento de construcción que comprende la misma para prevenir, reducir o eliminar la presencia y/o la actividad microbiana en un sustrato, por ejemplo, en un sustrato donde se aplica la composición descrita en la presente memoria, y en productos, artículos o elementos de construcción que comprenden dicha composición, como superficies textiles, y en superficies revestidas.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, la composición de la invención comprende, entre otros óxidos minerales, óxido de hierro (111) también conocido como óxido ferroso. En la presente composición el óxido ferroso está aportado por el componente mineral, se encuentra principalmente en los nesosilicatos e inosilicatos y en un tamaño de partícula muy reducido, de 50 nm a 2000 ^m y, sin ligarse a ninguna teoría, se cree que el óxido de hierro (111) con el tamaño de partícula especificado, confiere a la composición de la invención propiedades antimicrobianas. El efecto antimicrobiano del óxido de hierro (111) se ha descrito en varias ocasiones. Por ejemplo, el efecto bactericida contra E. coli y S. aureus del óxido de hierro (III) se ha divulgado, observándose un incremento de tal efecto conforme aumenta la concentración de nanopartículas (NPs) de Fe2O3 (Rufus Alex, Sreeju N. and Daizy Philip.,. Synthesis of biogenic hematite ((a-Fe2O3) nanoparticles for antibacterial and nanofluid applications, RSC Adv. 2016, 6, 94206-94217). También se ha visto un efecto bactericida contra P. aeruginosa con una concentración mínima inhibitoria de 0,06 mg/L (Rabia Irshad, Kamran Tahira, Baoshan Lia, Aftab Ahmada, Azka R. Siddiquia, Sadia Nazirb. Antibacterial activity of biochemically capped iron oxide nanoparticles: A view towards green chemistry. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 170, 2017, 241-246). Otro estudio informa sobre la actividad bactericida de la hematita nanoestructurada contra una variedad de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas; P. aeruginosa, S. aureus, K. pneumoniae, Lysinibacillus sphaericus y Bacillus safensis (Harshiny Muthukumar Nivedhini Iswarya Chandrasekaran, Samsudeen Naina Mohammed, Saravanan Pichiah, Matheswaran Manickam. Iron oxide nano-material: physicochemical traits and in vitro antibacterial propensity against multidrug resistant bacteria. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 45, 25, 2017, 121-130), proponiendo incluso algunos mecanismos de acción dependiendo de la actividad observada en cada etapa del crecimiento de la bacteria en cuestión. Incluso se ha llegado a determinar un efecto bactericida de NPs de Fe2O3 contra S. epidermidis (Silvia Groiss, Raja Selvaraj, Thivaharan Varadavenkatesan, Ramesh Vinayagam. Structural characterization, antibacterial and catalytic effect of iron oxide nanoparticles synthesised using the leaf extract of Cynometra ramiflora. Journal of Molecular Structure 1128, 2017, 572-578).
Sin embargo, la actividad antimicrobiana del óxido de hierro (III) en combinación con otros componentes minerales como en la composición descrita en la presente memoria se ve reforzada por la acción de los otros óxidos e hidróxidos metálicos y los minerales (i) y (ii), sobre todo el componente (i), que dotan a la composición de un elemento estructural beneficioso también para la actividad antimicrobiana.
Todas las definiciones y términos mencionadas a lo largo del presente documento aplican a todos los aspectos de la presente invención.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o etapas.
Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 - Preparación de la composición:
Se preparó una composición que consistía en i) un 40 % en peso de zeolitas, ii) un 25 % en peso de basalto, un 33 % en peso de peridotita y iii) un 2 % en peso de cal hidratada, el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición. Se mezclaron los componentes i), ii) y iii) y se micronizaron en un molino micronizador coloidal Moritz, para obtener un tamaño de partícula de entre 10-30 ^m, y la composición se obtuvo como un polvo blanquecino.
La composición química de la composición se determinó a partir de la composición química indicada en los silicatos minerales y rocas ígneas de partida adquiridos comercialmente.
La composición obtenida comprendía;
a) un 20 % en peso de óxido de magnesio, MgO;
b) un 13 % en peso de óxido de hierro (III), Fe2O3;
c) un 5 % en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2;
d) un 12 % en peso de óxido de aluminio, AhO3;
e) un 40 % en peso de dióxido de silicio, SiO2; y
f) un 10 % en peso de óxido de calcio, CaO,
el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición.
Las propiedades dicha composición se evaluaron en distintos contextos tal y como muestran los siguientes ejemplos.
Ejemplo 2 - Eliminación de CO2 de la composición per se
Se analizaron muestras de la composición obtenida en el ejemplo 1 por su capacidad de mineralización del CO2, durante 8 días (test A) y durante 102 días (test B).
Test A)
Una muestra de la composición del ejemplo 1 se pretrató a 100 °C durante 3 horas para limpiar la muestra y dejarla sin humedad.
Una placa de Petri con 15,4 g de muestra se dispuso en un desecador que contenía en su parte inferior una disolución saturada de nitrito de sodio (NaNO2), que proporciona una humedad relativa constante de 62 ± 3 % a 20 ± 2 °C.
El desecador se cerró herméticamente y se hizo pasar a su través CO2 industrial al 100 % embotellado a presión y suministrado por Carburos Metálicos, S.A. hasta desplazar todo el aire del desecador. Una vez que el interior del desecador se encontró en atmósfera de CO2 al 100 %, se cerraron las válvulas de entrada y salida, permaneciendo así durante al menos 24 horas. Transcurrido este periodo se abrió el desecador y se pesaron las muestras. Una vez pesadas, se devolvieron al desecador y se repitió el proceso anterior hasta peso constante.
Adicionalmente, una segunda muestra de la composición del mismo peso se colocó en una placa Petri en otro desecador con la misma disolución para evaluar la variación de peso debido únicamente a la humedad relativa proporcionada por la disolución saturada de NaNO2.
Antes y después del ensayo se llevó a cabo una caracterización de las fases cristalinas de la composición por difracción de rayos X (DRX) con un equipo difractómetro de polvo D8 ADVANCE de Bruker y análisis térmico diferencial y termogravimetría (ATD/TG) en las siguientes condiciones: rampa de 25 a 1000 °C a 10 °C/min crisol de platino y atmosfera de nitrógeno.
Comparando la variación de peso de la muestra en el ensayo de captación de CO2 en atmósfera al 100 % de CO2, así como la de la muestra comparativa a humedad regulada por la disolución de nitrito sódico sin saturación de CO2, se apreció que la muestra en atmósfera al 100 % de CO2 manifestó un 7,5 % más de aumento de peso que la muestra comparativa.
Con los resultados obtenidos por DRX de la muestra original y después del ensayo de captación de CO2 se observa que después de la carbonatación se aprecia la formación de calcita (CaCO3) mientras que se ve una reducción de componentes como el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) al igual que el óxido de magnesio, el óxido de hierro y el óxido de sílice.
Con el análisis termo-gravimétrico (TG) se observó como las pérdidas de peso en la muestra original y en la muestra tras el ensayo de captación de CO2 son diferentes en valor total y en
los valores de temperatura a que se producen. Cabe destacar que después del ensayo TG la muestra sometida a la atmosfera al 100 % de CO2 pierde un 19,38 % frente al 10,90 % de la muestra original antes del tratamiento con atmosfera al 100 % de CO2. Es decir, según esta diferencia, se estima que un 8,48 % de su peso corresponde al CO2 captado, lo que está en concordancia con el 7,5 % de incremento de peso determinado por gravimetría durante el ensayo de captación de CO2.
Con el análisis térmico diferencial (DTA) se identificaron los principales procesos que tienen lugar para cada muestra y que corresponden a la disociación de Ca(OH)2; en CaO y agua (a una temperatura de 375 - 450°C) en la muestra original, y a la descarbonatación de CaCO3 en CaO y CO2 (a una temperatura de 625 - 800°C) en la muestra tras el ensayo de captación de CO2. Lo que confirma la formación de carbonato de calcio en la muestra sometida a la atmosfera con 100 % de CO2, y la ausencia de dicha formación en la muestra original, observándose en contrapartida la presencia de Ca(OH)2 al detectar su descomposición.
Test B)
Una muestra de la composición del ejemplo 1 se pretrató a 100°C durante 3h para limpiar la muestra y dejarla sin humedad.
En una primera etapa, se dispusieron 3,02 g de muestra en una placa Petri durante 16 días en un desecador que contenía en su parte inferior una disolución saturada de nitrito de sodio (NaNO2) que proporciona una humedad relativa constante de 62 ± 3 % a 20 ± 2 °C.
El desecador se cerró herméticamente y se hizo pasar a su través CO2 industrial al 100 % embotellado a presión y suministrado por Carburos Metálicos, S.A. hasta desplazar todo el aire del desecador. Una vez que el interior del desecador se encontró en atmósfera de CO2 al 100 %, se cerraron las válvulas de entrada y salida, permaneciendo sellado. Al cabo de un tiempo, se retiraban y se pesaron las muestras. Este procedimiento se repitió hasta el final del experimento.
Antes y después del ensayo se llevó a cabo una caracterización de las fases cristalinas de la composición por difracción de rayos X (DRX) con un equipo difractómetro de polvo D8 ADVANCE de Bruker y termogravimetría (TG).
Comparando la variación de peso de la muestra desde el comienzo de la carbonatación, se pudieron observar varias etapas: una etapa 1 de 8 días de duración, en donde la pendiente de la curva obtenida al representar la variación de peso (%) frente al tiempo (días) era de 0,91;
y una etapa 2 de 18 días de duración, en donde la pendiente disminuyó a 0,78 %. Entonces, el peso de la muestra dejó de aumentar y se mantuvo estable durante 17 días, momento en el que comenzó de nuevo a aumentar, pero a una velocidad menor, con una pendiente de la curva de 0,29.
Comparando estos resultados, con los resultados obtenidos para la muestra analizada previamente en el test A, tal como se ha mencionado arriba en este test A solo se identificó la etapa 1, con una pendiente de 1,06, sin progresar a la siguiente etapa tras 10 días de estabilización, en los que se terminó el experimento. Los resultados obtenidos por DRX, junto con los resultados obtenidos por el análisis termo-gravimétrico, permitieron atribuir la etapa 1 (Test A) principalmente a la carbonatación de Ca(OH)2 junto con la de algunos silicatos fácilmente carbonatables, y la etapa 2 a la carbonatación de otros silicatos. Después de un periodo de latencia (etapa 3) se apreció una polimerización lenta de los silicatos que pudieron formar una especie de cationes modificados de gel de sílice que parecía dar paso a la amortización de la muestra, como ocurre en la carbonatación de la pasta de cemento al 100 % de CO2.
Al final del Test B, se pudo observar cómo, después de 102 días de carbonatación, la muestra todavía seguía cogiendo peso, habiendo aumentado su peso un 36 % debido a la captación de CO2, en las condiciones aceleradas del ensayo.
Ejemplo 2’ - Eliminación de compuestos volátiles de la composición per se
Se llevaron a cabo análisis y estudios de caracterización de la composición química de la muestra mediante análisis químico de espectroscopia de absorción atómica-llama, microscopia óptica y microscopia electrónica de barrido, en condiciones ambientales de temperatura (20 °C) y presión (0,1 MPa).
Se analizaron las muestras una vez expuestas a amoniaco, dióxido de azufre y formaldehído para identificar productos de transformación de componentes volátiles. Posteriormente se analizaron las muestras mediante determinación por captación en tubos multilecho y análisis DT-CG-EM (desorción térmica acoplada a cromatografía de gases y detección por espectrometría de masas). Se pudo ver que el amoniaco se descompuso en nitritos y nitratos, el dióxido azufre se descompuso en sulfito y sulfatos de calcio y el formaldehído en H2O y CO2.
Ejemplo 2’’ - Efecto viricida de la composición per se
La actividad vírica de la composición del ejemplo 1 se analizó según el procedimiento DESIN-1078. Norma NF EN 14476: 2013 A2: 2019.
En breve, se prepararon cuatro suspensiones víricas (dos de control y tres para el ensayo con la composición del ejemplo 1 a tres concentraciones distintas) de cada uno de poliovirus tipo 1, adenovirus tipo 5 y norovirus murino.
A una suspensión de control no se le añadió nada (como control negativo) y a la otra suspensión de control se le añadió un 1,4% en volumen formaldehído con respecto al volumen de la suspensión (como control positivo).
A las tres suspensiones de ensayo se les añadió un volumen de una suspensión en agua de la composición del ejemplo 1 a una concentración del 80 %, 50 % y 0,1 % en peso de la concentración con respecto al volumen agua y se incubó la suspensión resultante a 28 °C durante 30 minutos.
Las suspensiones de control se incubaron bajo las mismas condiciones.
Tanto las suspensiones de control como las suspensiones de ensayo se enfriaron subsiguientemente durante 30 minutos en un baño de hielo para detener la acción del producto y se midió la actividad vírica de cada suspensión.
Comparando la actividad vírica de las suspensiones de ensayo con la actividad vírica de las suspensiones de control se observó que la composición presentaba actividad viricida en concentraciones del 80 % y del 50 % para todos los virus ensayados.
Ejemplo 3 - actividad de los componentes i) per se
Se analizaron muestras de zeolitas y sepiolitas y otras arcillas con un tamaño de partícula medio de entre 50 nm y 2000 ^m, para determinar si estos componentes minerales por sí solos presentaban las mismas propiedades de eliminación de CO2 y de componentes volátiles. Se observó que muestras que solamente contenían zeolita, sepiolita u otra arcilla, sometidas dentro de una cámara precintada a CO2, azufre, amoniaco y formaldehído, no eliminaban el CO2 o los componentes volátiles. Aunque, se observó que todos estos minerales tenían el poder de retenerlos, los gases adsorbidos no sufrían ninguna transformación.
En particular, se analizó el peso de las muestras con báscula de precisión y se observó que había aumentado el peso de los minerales, pero al analizarlas por microscopía óptica y microscopia electrónica de barrido, se observó que no sufrían ninguna transformación tanto
el CO2 como los gases volátiles.
Ejemplo 4 - actividad de los componentes ii) per se
Se analizaron muestras de basalto, peridotita, wollastonita, olivino y gabro, en diferentes tamaños micronizados entre 50 nm y 2000 ^m, para determinar si estos componentes minerales, cada uno por sí solo, presentaban las mismas propiedades de eliminación de CO2 y de componentes volátiles a una temperatura de 20°.
Se observó que las muestras que solamente contenían basalto, peridotita, wollastonita, olivino y gabro sometidas a los compuestos volátiles y el CO2, no tenían por sí solos un efecto de carbonatación o eliminación en 10 días.
Tras exponer los diferentes minerales: basaltos, peridotitas, wollastonita, olivino y gabro, se llevaron a cabo un análisis gravimétrico térmico (TG) y un análisis de barrido en donde se analizaron las muestras expuestas para identificar productos de transformación del CO2 (en particular carbonatos de Ca, Fe, y/o de Mg) y no se observó ninguna transformación en 10 días.
Se observó que efectivamente, en condiciones ambientales y sin catalizadores, no tenían un efecto de eliminación y conversión diariamente como se pretende en la invención, ni de día ni de noche.
Posteriormente, se sometieron las muestras expuestas al CO2 y a los compuestos volátiles, a temperaturas de 500 grados. Bajo estas condiciones de temperatura las reacciones de carbonatación del CO2 y de oxidación, son típicamente aceleradas. Efectivamente, para muestras sometidas a dicho tratamiento térmico se observó una aceleración de la carbonatación. Lo que confirma que cada uno de estos minerales, por sí solos, a nivel ambiental tienen poca capacidad de reacción para eliminar CO2 y componentes volátiles, y en cualquier caso una capacidad muy inferior a la de la composición de la invención.
Ejemplo 5 - Eliminación de CO2 de productos que comprenden la composición
Se aplicó la composición obtenida en el ejemplo 1 a varios tipos de materiales para ver la absorción del CO2 emitido por el hielo seco (también conocido como nieve carbónica).
Se prepararon en particular: dos materiales poliméricos (plástico poliéster y caucho); un material celulósico (papel Kraft); un material de construcción (mortero); un material textil (algodón. Poliéster); un recubrimiento (pintura).
La composición se aplicó a cada uno de estos productos en una cantidad de un 5 % en peso de la composición con respecto al peso del producto.
Se aplicó la composición directamente mezclándola con el material de construcción y el recubrimiento, proporcionando así las muestras del mortero y la pintura, respectivamente.
En el caso del recubrimiento, en el proceso de fabricación de la pintura, se mezcló con una mezcladora convencional la composición directamente con agentes espesantes para evitar la precipitación de los componentes minerales al fondo. Subsiguientemente se aplicó el recubrimiento en la superficie de un plástico y se dejó secar.
Se cortaron muestras en forma de cuadrados aproximados de todos los productos preparados de entre 5x5 cm2. En el caso del mortero, éste se depositó en cubetas de plástico para poder cortar una muestra de 5x5 cm2. Se limpiaron todas las superficies de estas muestras y se dejaron libres de polvo.
Se cortaron muestras del mismo tamaño de los mismos productos a los que no se les añadió la composición.
Se pesaron todas las muestras (con y sin la composición) dos días antes del experimento a tiempo 0 (t=0) y se anotaron los pesos en el cuaderno de toma de datos. Se introdujeron todas las muestras en sus respectivas cajas. En cada caja se introdujeron muestras de producto que contenían la composición de la invención y las otras muestras iguales sin la composición de la invención.
Las cajas eran de cristal (una pecera de 4 L de capacidad) donde posteriormente se introdujo la nieve carbónica (35 gramos de hielo seco en cada caja) y se sellaron las cajas. Las muestras dentro de las cajas se dejaron fuera del alcance de la luz solar durante 92 h (t=92).
Las muestras (con y sin la composición) se sacaron de las cajas y se volvieron a pesar transcurrido dicho tiempo.
Para las muestras de productos con la composición añadida, se pudo observar una absorción/desorción de CO2 con los diferentes materiales utilizados, con un incremento de peso de las muestras de entre 0,9 gr a 1,65 gr. La muestra que más CO2 eliminó fue el papel Kraft, seguido del mortero, caucho y el textil, y seguido de la pintura y el plástico.
Para las muestras en las que no se había añadido la composición de la invención no se observó prácticamente nada de aumento de peso.
Ejemplo 6 - Eliminación de componentes volátiles por una pintura que comprende la composición
Se realizó un estudio con diferentes tipos de pinturas para observar la capacidad de eliminación de componentes volátiles de la composición.
Se preparó una pintura con un 5 % en peso de la composición preparada con respecto al peso total de la pintura, añadiendo la composición a la pintura y mezclándola justo antes de la utilización de la pintura.
Se pintaron dos habitaciones, de dimensiones y constituciones equivalentes. Una habitación se pintó con pintura con la composición de la invención y otra con la misma pintura, pero sin la composición de la invención.
En cada una de las habitaciones se colocaron unos recipientes con el mismo volumen y la misma mezcla de agua y amoniaco, se dejaron las habitaciones cerradas dos días. Al abrirlas al cabo de los dos días, se observó que en la habitación que contenía la composición de la invención, el olor se había eliminado, es decir, había eliminado los gases volátiles de amoníaco, mientras que, en la otra habitación, pintada con la pintura que no contenía la composición, el olor a amoniaco permanecía.
Ejemplo 7 - Efecto antimicrobiano de un producto que comprende la composición
En este ejemplo se evaluó la actividad bactericida de un material textil del ejemplo 5 de acuerdo con el método del test AATCC 100 para la evaluación de propiedades antibacterianas tras un periodo de contacto de 24 h con Staphylococus aureus y Klebsiella pneumoniae.
Se hizo el análisis bacteriano con el método AATCC 100.
Se observó que el material textil que comprende la composición del ejemplo 1 presentaba un 99,9 % de reducción de ambas bacterias: Staphylococus aureus y Klebsiella pneumoniae.
Claims (24)
1. Una composición que comprende:
i) de un 10 a un 90% en peso de silicatos minerales, seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos;
ii) de un 10 a un 90% en peso de rocas ígneas y/o silicatos minerales seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos; y
iii) de un 0 a un 20% en peso de cal hidratada;
y en donde la composición comprende:
a) de un 10 a un 65% en peso de óxido de magnesio, MgO;
b) de un 6 a un 18% en peso de óxido de hierro (III), Fe2O3;
c) de un 2 a un 18% en peso de hidróxido de calcio, Ca(OH)2;
d) de un 4 a un 16% en peso de óxido de aluminio, AhO3;
e) de un 10 a un 55% en peso de dióxido de silicio, SiO2; y
f) de un 0 a un 20 % en peso de óxido de calcio;
en donde el porcentaje en peso es con respecto al peso de la composición; y
en donde la composición tiene un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
2. La composición según la reivindicación 1, en donde las rocas ígneas se seleccionan de entre: basaltos, peridotitas y gabros; los nesosilicatos se seleccionan de entre forsterita y fayalita; y/o los isosilicatos se seleccionan de entre wollastonitas.
3. La composición según la reivindicación 1 o 2, en donde los tectosilicatos se seleccionan de entre zeolitas, feldespatos, y feldospatoides; y/o los filosilicatos se seleccionan de entre arcillas, serpentinas, micas.
4. La composición según la reivindicación 3, en donde los feldespatos son plagioclasas.
5. La composición según la reivindicación 3, en donde las arcillas se seleccionan de entre sepiolitas y cloritas.
6. La composición según la reivindicación 3, en donde las micas se seleccionan de entre moscovitas, biotitas y flogopitas.
7. Un producto que comprende la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el producto de selecciona de entre un material polimérico, un material textil, un material celulósico, un material de construcción y un revestimiento.
8. El producto según la reivindicación 7, en donde el producto es un material polimérico que se selecciona de entre poliestireno, polipropileno, policloruro de vinilo, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, tereftalato de polietileno, ácido poliláctico, poliéster, policarbonato y caucho.
9. El producto según la reivindicación 7, en donde el producto es un recubrimiento que se selecciona de entre una pintura, un barniz, un tinte o una resina.
10. Un artículo o un elemento de construcción que comprende la composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6.
11. El artículo o el elemento de construcción, según la reivindicación 10, en donde:
- el artículo se selecciona de entre un artículo textil, un filtro; un artículo de desgaste y un envase; o
- el elemento de construcción se selecciona de entre una pared, un pavimento, una carretera, un suelo, un techo, y una fachada.
12. El artículo o el elemento de construcción, según la reivindicación 11, en donde el artículo textil se selecciona de entre mascarillas, ropa, calzado, y tapicerías.
13. El artículo o el elemento de construcción, según la reivindicación 11, en donde el filtro se selecciona de entre filtros de aire, filtros de depuración y filtros catalíticos.
14. El artículo o el elemento de construcción, según la reivindicación 11, en donde el artículo de desgaste es un pneumático, o el envase se selecciona de entre cajas, embalajes, botellas y vasos.
15. El producto, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-9, o el artículo o el elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en donde el producto, el artículo, o el elemento de construcción comprende de un 0,1 a un 25 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
16. El producto, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-9, o el artículo o el elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en donde el producto, el artículo, o el elemento de construcción comprende de un 0,2 a un 20 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
17. El producto, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-9, o el artículo o el elemento
de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en donde el producto, el artículo, o el elemento de construcción comprende de un 0,5 a un 15 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
18. El producto, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-9, o el artículo o el elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en donde el producto, el artículo, o el elemento de construcción comprende de un 1 a un 10 % en peso de la composición con respecto al peso de dicho producto, artículo o elemento de construcción.
19. Un método de preparación de la composición, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende los pasos:
a) mezclar de un 10 a un 90% en peso de i) silicatos minerales seleccionados entre tectosilicatos y filosilicatos con de un 10 a un 90% en peso de ii) rocas ígneas y/o silicatos minerales, seleccionados de entre nesosilicatos e inosilicatos, y, de un 0 a un 20% en peso de cal hidratada, el porcentaje en peso siendo con respecto al peso de la composición; y
b) micronizar los silicatos minerales y/o las rocas ígneas y, opcionalmente, la cal hidratada, antes y/o después del paso (a), para obtener una composición con un tamaño de partícula medio de 50 nm a 2000 ^m.
20. Un método de preparación del producto, artículo o elemento de construcción según una cualquiera de las reivindicaciones 7-18, que comprende aplicar la composición como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-6 a un sustrato, en donde
- la composición se aplica mezclando la composición con el sustrato, o
- la composición se aplica sobre el sustrato, o
- la composición se aplica mezclando la composición con un primer sustrato, para obtener un producto que es un revestimiento, y el producto obtenido se aplica sobre un segundo sustrato.
21. Uso de la composición, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, o del producto, artículo o elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-18, para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión.
22. Un método para la mineralización de dióxido de carbono y/u oxidación de compuestos volátiles que comprende exponer la composición, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, o el producto, el artículo o el elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-18, a dicho(s) dióxido de carbono y/o compuestos volátiles en condiciones ambientales de temperatura y presión.
23. El uso, según la reivindicación 21, o el método, según la reivindicación 22, donde los compuestos volátiles se seleccionan de entre compuestos inorgánicos volátiles y compuestos orgánicos volátiles.
24. Uso de una composición, según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, o el producto, el artículo o el elemento de construcción, según una cualquiera de las reivindicaciones 7-18, para prevenir, reducir o eliminar la presencia y/o la actividad microbiana en un sustrato.
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