Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en áreas urbanas
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ECOSIT ™ PAVIMENTO FOTOCATALÍTICO PARA REDUCIR LOS CONTAMINANTES DEL AIRE EN ÁREAS URBANAS Research and Development Department off U United it d Global Gl b l Pavings P i Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Qué es la fotocatálisis? Una reacción química en la cual la acción conjunta de la luz y un fotocatalizador acelera la velocidad de descomposición de un compuesto determinado. De esta forma, se promueve la eliminación de la mayor parte de los contaminantes presentes en las ciudades. La aplicación de la fotocatálisis, utilizando un sistema de semiconductor particulado, apunta a convertirse en el método más apropiado para la descomposición de compuestos contaminantes en productos inocuos, en lugar de los procesos convencionales de oxidación, (D. Chatterjee & S. Dasgupta, 2005). Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Contaminantes gaseosos Por medio de la fotocatálisis se puede eliminar la mayor parte de los contamiantes presentes en las zonas urbanas: NOx, SOx, compuestos orgánicos volátiles (VOCs), CO, metil mercaptano, formaldehido, compuestos orgánicos clorados, compuestos poliaromáticos. Fuentes de emisión de los contaminantes gaseosos Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Mecanismo de eliminación de los contaminantes La luz ¾ En los inicios de la investigación, la luz ultravioleta era la única ú capaz de llevar a cabo la reacción. El problema es que tan sólo una pequeña porción (4%) del espectro de radiación solar pertenece a este tipo de luz. ¾ Los progresos llevados a cabo en la síntesis de nuevos fotocatalizadores han permitido alcanzar altos rendimientos de eliminación de j luz visible. contaminantes bajo Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Mecanismo de eliminación de los contaminantes El foton es adsorbido sobre la superficie Se genera el par electrón-hueco P Procesos altamente lt t oxidantes id t El par electrón-hueco promovido por el fotón provoca que se formen los radicales O2- y –OH a partir del oxigeno p g y el agua g presenentes en el p aire, respectivamente. Estos radicales tienen un alto poder oxidante, por lo que son capaces de oxidar una gran cantidad de contaminantes produciendo CO2 y agua. Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Mecanismo de eliminación de NOx NO Baldosa fotocatalítica NO2 NO3- B ld Baldosa fotocatalítica f t t líti ¾ El contaminante se adsorbe en la superficie de la baldosa ¾ El contaminante adsorbido es oxidado en dos etapas a un compuesto inerte, NO3- ¾ El compuesto inerte es eliminado de la superficie de la baldosa por efecto de la lluvia CNO3-(max) = 0,5 molecula·nm-2 (Ohko et al., 2009) Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Óxido de titanio (TiO2) Minerales naturales rutilo anatasa A li Aplicaciones i ¾ Como pigmento 9 Para aportar blanqueza, opacidad y protección: Ancho de banda = 3.2 eV pinturas, plásticos, pinturas plásticos alimentos, alimentos papel, papel medicinas, dentífricos… Cosméticos, bronceadores ¾ Como fotocatalizador Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Aplicaciones del TiO2 como fotocatalizador Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Aplicaciones del TiO2 como fotocatalizador Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Producción de los pavimentos Los catalizadores L t li d utilizados tili d h han sido id suministrados i i t d por diferentes compañías de prestigio internacional en la producción de fotocatalizadores. Son fotocatalizadores previamente desarrollados implantados con éxito en otros campos. e En una primera fase se ha realizado la discriminación de catalizadores en base a obtener los máximos rendimientos de eliminación de contaminantes. En una segunda fase f se ha procedido a optimizar la dosificación con el mismo objetivo. La adición del fotocatalizador en el proceso de producción de los pavimentos se ha llevado a cabo manteniendo las propiedades mecánicas de los pavimentos. pavimentos Procedimiento de análisis ¾ Se ha analizado la eficacia en la eliminación d de NO NOx para medir di l las propiedades i d d fotocatalíticas de las baldosas fabricadas. ¾ Las condiciones de operación se han ceñido a la norma ISO 22197-1, simulando las condiciones reales. Air flow C NO S tr Radiation humidity 1 l/min 1 ppm 300 cm2 18 s 1mW/cm2 5 - 75 % Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Analizador de NOx CLD-700-AL-NO/NOx de ECO PHYSICS Equipo experimental utilizado en los análisis Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Resultados En este momento se enciende i d la l lámpara lá Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Resultados, discriminación de catalizadores Análisis de eliminación de NOx Relative humidity Ex xperimenttal Sample BE1 BE2 Conclusiones Resultad dos BE3 BE4 5% 25 % 50 % 75 % NOx removal 64,3 62,2 56,5 52,3 NO oxidize 0 0 4,5 0 NOx removal 67,4 59,1 52,8 37,4 NO oxidize 0 0 36 3,6 58 5,8 NOx removal 63,0 53,4 45,5 24,4 NO oxidize 0 1,2 6,1 9,4 NOx removal 66,3 60,1 50,2 41,5 NO oxidize 0 0 4,4 4,5 9 Los rendimientos máximos de eliminación de NOx son elevados, en torno al 65 %, y muy similares en todos los casos. 9 La humedad disminuye el rendimiento de eliminación de NOx. 9 El catalizador BE1 es el más estable frente a la humedad. 9 El rendimiento de oxidación a NO2 es muy bajo para el catalizador BE1. Conclusiones Resultados, influencia de la humedad 9 El catalizador BE1 alcanza el mejor comportamiento sometido a alta humedad relativa, %. tendiendo a un mínimo del 50 % 9 Se alcanza un rendimiento del 64 % bajo humedad relativa baja. 9 L La humedad h d d relativa l ti media di en Bilbao es del 73,4 %. Sin embargo, durante las horas de máxima radiación se suelen registrar los valores mínimos de humedad (50 %), lo que corresponde con un rendimiento de eliminación del 56 %. 80 N O x re m o v a l y ie ld (% ) Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas 70 60 50 40 0 20 40 60 Relative humidity (%) Figure 3. Effect of humidity on NOx removal yield Fuente: Euskalmet, Informe meteorológico del año 2008, pag. 74, (estación meteorológica de Deusto). 80 Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Resultados, saturación de los centros activos 9 El comportamiento del pavimento es muy estable a lo largo del tiempo, manteniendo un rendimiento de eliminación de NOx de 60 % durante al menos 81 h. h 9 En consecuencia, Ecosit puede mantener la actividad f t fotocatalítica t líti a pleno l rendimiento di i t al menos 8 días en las condiciones más desfavorables. 9 P Por tanto, t t E Ecosit™ it™ garantiza ti l la actividad fotocatalítica en cualquier tipo de clima a pesar de que las lluvias sean escasas Figura 4. Efecto de la saturación sobre la actividad fotocatalítica. Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Extrapolación de los resultados ¾ Los resultados de rendimientos de eliminación de NOx que hemos obtenido (64 %) están dentro del rango que han obtenido otras compañías internacionales (50 - 80 %) para aplicaciones similares de productos preparados con cemento. ¾ Los ensayos realizados en campo son muy escasos resultados son dispares (20 - 70 %). Sin embargo, resultados apuntan hacia una reducción significativa concentración de los contaminantes gaseosos en las urbanas. y los estos en la áreas Conclusiones Resultad dos Ex xperimenttal Intro oducción Pavimento fotocatalítico para reducir los contaminantes del aire en las áreas urbanas Conclusiones 9 La fotocatálisis es un p proceso emergente g avalado con 40 años de investigación y miles de publicaciones científicas. Se le considera como el tratamiento más apropiado para la eliminación de los contaminantes del aire. 9 La amplia utilización de las baldosas para la pavimentación de suelos en las ciudades junto con la compatibilidad del uso conjunto del cemento y el f t fotocatalizador, t li d es un aspecto t muy relevante l t para la l reducción d ió de d los l contaminantes gaseosos. produce daños medioambientales 9 La utilización del óxido de titanio no p paralelos. 9 Se pueden alcanzar rendimientos de eliminación de NOx del 64 % bajo condiciones di i meteorológicas t ló i f favorables. bl 9 El fotocatalizador no sufre desactivación irreversible, tan sólo se satura con paso del tiempo. p Esto no supone p problema alguno p g ya q y que se recupera p la el p actividad catalítica mediante lavado con agua, bien sea de lluvia o de limpieza. 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