Subido por Mario A. Labastida

UGP-EcoSIT-NOx

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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
ƒ
pinturas, plásticos,
pinturas
plásticos alimentos,
alimentos papel,
papel
medicinas, dentífricos…
ƒ
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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