Aplicación de nanomateriales

1. A P L I C A C I O N E S
A R Q U I T E C T Ó N I C A S
D E L O S N A N O M A T E R I A L E S E N B A S E D E T I T A N I O
E N V O L V E N T E S F O T O C A T A L Í T I C A S
MARÍA SIÑERIZ MARTÍNEZ_10635
AULA 3 TRABAJO FIN DE GRADO
25_05_2015 ETSAM
TUTOR: DAVID SANZ ARAUZ

2. A P L I C A C I O N E S
A R Q U I T E C T Ó N I C A S
D E L O S N A N O M A T E R I A L E S E N B A S E D E T I T A N I O
E N V O L V E N T E S F O T O C A T A L Í T I C A S
En la sociedad actual, cada
vez son más los problemas
derivados de la globalización.
Ciudades más contaminadas,
población envejecida y enferma,
son algunas de las consecuencias
de este proceso, que nos obliga
a buscar nuevas medidas
para alcanzar una sociedad
más sostenible y eficiente.
El avance de la tecnología es
una herramienta de la que nos
podemos servir para alcanzar este
fin e intentar reparar los excesos
que se han venido cometiendo
a lo largo de los últimos siglos.
Así, una de las medidas que
podemos poner en práctica, y que
esobjetodeestudioenestetrabajo,
es la aplicación de materiales
fotocatalíticos en la Arquitectura.
En los últimos años, existe
la tendencia, en nuestra
arquitectura, de utilizar métodos
y materiales de construcción cada
vez más sostenibles, no sólo en
su fabricación, sino también en
su ejecución, durante su vida útil
y finalmente en su degradación.
A lo largo del trabajo se analizarán
diversos aspectos relacionados
con estos materiales desde su
eficacia, su método de fabricación,
su clasificación y el punto en el
que se encuentra su investigación;
hasta el desarrollo proyectual de
la utilización de estos materiales
en la arquitectura, realizando
un análisis desde la fase de
proyecto y su discurso conceptual
en un proyecto no construido
hasta la fase de ejecución
en un proyecto construido.
P
a
l
a
b
r
a
s
Nanotecnología
Nanomateriales
Fotocatálisis
Dióxido de titanio
Materiales de
construcción
Descontaminación
c
l
a
v
e

3. Nanotecnología.
Introducción
y clasificación
de los
nanomateriales
en cuanto a sus
dimensiones
Calidad del Aire.
Contaminantes
Atmosféricos
Plan AIRE
Tecnologías
Avanzadas de
Oxidación
Fotocatálisis
Heterogénea
Dives in
Misericordia
Elementos
constructivos
fotocatalíticos.
Concepto de Isla
Fotocatalítica
Factores a
considerar en
la aplicación de
los materiales
fotocatalíticos
Método y
estudio de casos
prácticos.
Urban Resort de
Julia Ayuso
Iglesia de Iesu de
Rafael Moneo
Arturo Soria
Conclusiones
26
18
4
6 8
22
29
31 38
Bibliografía
39
32
34
7 9
5

4. La nanotecnología comprende el
estudio, diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de materiales,
aparatos y sistemas a través del control
de la materia a escala “nano”. El término
nano implica la millonésima parte de
cualquier unidad de medida. Una idea
de esta dimensión es que cinco átomos
situados en línea suman un nanómetro
(Drexler, 1981). Una escala tan reducida
implicaelestudioydiseñodefenómenos
moleculares y atómicos (Taguchi, 1974).
Esta disciplina científica salió a la luz
gracias al físico Richard Feynman,
Premio Nobel de Física en 1965, que
en 1959 fue el primero en hablar de la
posibilidad de manipular directamente
los átomos en el ámbito de la síntesis
química. A pesar de que ignoraba la
capacidad de los átomos y moléculas
de unirse en estructuras complejas
guiados por sus interacciones físicas
y químicas (lo que fundamenta
hoy en día el estudio en la escala
nanométrica), Feynman fue pionero en
cuanto a la visión de las posibilidades
que este campo podía proporcionar.
No fue hasta los años 80 cuando el
avance de las técnicas experimentales
hizo posible, primero observar los
materiales a escala atómica y, después
manipular átomos individuales.
Actualmente, gracias a esta ciencia en
desarrollo se está investigando acerca
de la creación de nuevos materiales
resultantes de la modificación de
sus propiedades. Estos materiales
pueden ser diseñados para actuar de
una determinada manera de forma
controlada, lo que abre un abanico
de posibilidades en diversos ámbitos
de actuación tales como, medicina,
construcción,alimentación,informática,
industria textil, etc. Los materiales
reducidos a la nanoescala pueden
mostrar propiedades muy diferentes a
las que exhiben en una macroescala,
posibilitando aplicaciones únicas.
La clasificación de la categoría
nanomaterial es complicada ya que
ésta es enormemente amplia, debido
a que puede incluir todas las clases
superiores de materiales, siempre y
cuando alberguen un componente
estructural en la nanoescala o
exhiban una de sus dimensiones ella.
La clasificación según el número de
dimensiones de estos materiales
incluidas en la nanoescala puede ser:
NANOTECNOLOGÍA
NANOMATERIALES
“Me gustaría describir un campo en el cual muy poco ha sido hecho hasta el
momento, pero en el que, en principio, una gran cantidad de cosas pueden
hacerse. Más aún, lo más importante es que podría tener un gran número de
aplicaciones técnicas. De lo que quiero hablar es del problema de manipular y
controlar objetos a muy pequeña escala”.
Richard Feynman “There is plenty of room at the bottom”

5. 5
Nanopartículas:
Todas sus dimensiones
están incluidas dentro de la
nanoescala. Esta categoría se
considera cero- dimensional,
ya que ninguna de sus
dimensiones supera los 100
nanómetros.
Nanotubos y nanofilamentos:
Sólo dos de sus dimensiones
están incluidas en la
nanoescala. Esta diferencia en
las dimensiones materiales da
lugar a los nanomateriales en
forma de aguja.
Nanocapas y
nanorrevestimientos:
Únicamente una de sus
dimensiones está incluida
en la nanoescala. Estos
materiales son más difíciles
de clasificar y muestran
formas de lámina.
Nanocristales y
nanocompuestos:
Ninguna de sus dimensiones
está dentro de la nanoescala.
La razón por la que estos
materiales se consideran
nanomateriales, aunque no
se ajusten a la nanoescala, es
porque, o bien poseen una
estructura nanocristalina,
o bien presentan ciertas
características incluidas en la
nanoescala.
Existe otra definición de nanomateriales
según la cual éstos son materiales son
considerados materiales inteligentes
derivados de la nanotecnología. Son
materiales con propiedades morfológicas
más pequeñas que un micrómetro, aunque
no existe un consenso en cuanto al
tamaño que abarca esta denominación.
Algunas de las aplicaciones que se
consiguen al reducir el estudio a la
nanoescala son: sustancias opacas
se vuelven transparentes; materiales
inertes se transforman en catalizadores;
materiales estables se transforman en
combustibles; sólidos se vuelven líquidos a
temperatura ambiente; aislantes se vuelven
conductores, etc. (Ashby et al., 2009).
Por otra parte investigaciones con
polímeros están dando como resultado
que ciertos materiales empleados tengan
las propiedades de autorrepararse
de arañazos, brechas y agujeros.
Todo tipo de sólido conocido puede ser
aprovechado para crear estos nuevos
materiales mediante el tratamiento según
el proceso obtenido por Richard W. Siegel,
denominado “Síntesis Física del Vapor”.
Este método permite obtener materiales
nanoestructurados a escala industrial. Las
agrupaciones de átomos son sintetizadas
mediante la condensación de vapor, la
cual consiste en la evaporación de un
material sólido, seguido de una rápida
condensación para formar agrupaciones
de tamaño nanométrico. (Siegel, 1992)
Lo más importante de este proceso
es que, mediante el control del ritmo
de evaporación, la determinación del
tipo correcto de gas y el manejo de su
presión atmosférica, se puede modificar
la resistencia a la fractura, la plasticidad,
la elasticidad, el color, la transparencia,
la resistencia a la corrosión, la reacción
química, el comportamiento eléctrico,
magnético y la resistencia térmica y acústica
de cualquier material nanoestructurado.

6. CALIDAD
DEL AIRE CONTAMINANTES
ATMOSFÉRICOS
El concepto de calidad del aire se mide en el grado de pureza
del aire que respiramos. El aire no sólo es necesario para la
respiración de los seres vivos sino que también es necesario
para hacer habitable la Tierra. Por lo que la atmósfera es un
elemento indispensable en la defensa de las formas de vida.
Unabuenaomalacalidaddelairevienedeterminadaporuna
mayor o menor concentración de sustancias o elementos
indeseables presentes en la atmósfera. A estos elementos
o sustancias se les denomina contaminantes atmosféricos.
Para hacer frente a este problema no sólo se hace
necesaria la reducción de emisiones1
contaminantes
a la atmósfera sino que también es una medida
necesaria la regulación y reducción de las inmisiones2
.
Para hacer un seguimiento y realizar un análisis de
la situación se realizan evaluaciones anualmente
que nos permiten conocer la calidad del aire
y realizar el diagnóstico de situación en cuanto al
cumplimiento de la normativa vigente en esta materia.
La relación entre los contaminantes atmosféricos y la
salud de las personas ha sido demostrada por numerosos
estudios científicos (Tobías et al., 1997; Ballester et al., 1999;
Íñiguez et al., 2003). Por ello, es esencial seguir mejorando la
información sobre la calidad del aire que respiramos y sobre
las repercusiones que pueden tener nuestras actividades
en la contaminación atmosférica. (Yanguas, 2012a)
La contaminación atmosférica es el factor
determinante para conseguir una pureza del aire
óptima para los seres vivos y los ecosistemas.
La mayoría de los contaminantes vertidos a la
atmósfera tienen su origen en la actividad humana.
Sin embargo, hay procesos naturales que también
emiten contaminantes como las emisiones de
COVNM3
procedentes de la vegetación y las emisiones
de NOx procedentes del suelo (Yanguas, 2012b).
También fenómenos naturales como los incendios
o las erupciones volcánicas emiten contaminantes.
La evaluación de la calidad del aire en España
es realizada por el Ministerio de Agricultura,
Alimentación y Medio Ambiente, a partir de los
datos que envían periódicamente las comunidades
autónomas y determinadas entidades locales.
En la actualidad , existe una red de control de la
1. Cantidad de contaminantes vertidos a la atmósfera en un período determinado desde un foco.
2. Concentración de contaminantes a nivel del suelo. Actualmente se emplea más el término “calidad de aire ambiente”.
3. Compuestos orgánicos volátiles no metánicos
6%
49,1%
16,4%
13,6%
14,8%
Partículas en suspension PM
Monóxido de carbono CO
Óxidos de azufre SOx
Compuestos orgánicos
volátiles COV
Óxidos de nitrógeno NOx
Otros 9%
Procesos Industriales 15%
Eliminación de
residuos sólidos
2,5%
Combustibles 27,3%
Tráfico 46,2%
2
0
1
1
Emission
Database
for Global
Atmospheric
Research
2
0
1
2
Ayuntamiento
de Madrid

7. PLAN NACIONAL DE CALIDAD
DEL AIRE Y PROTECCIÓN DE LA
ATMÓSFERA 2013-2016: PLAN AIRE.
Para combatir el problema de la
contaminación que existe en nuestro
país, se ha elaborado un plan de
actuación a nivel nacional, cuyo
objetivo consiste en impulsar medidas
que actúen ante los problemas de
calidad del aire más comunes, de
forma que se respeten los valores
de calidad del aire legalmente
establecidos a nivel europeo.
Este plan parte del estudio y diagnóstico
de la situación en todo el territorio. En
susconclusionesseadviertequeexisten
diversas estaciones de medición en las
que frecuentemente se superan los
valores límite permitidos en elementos
como el ozono troposférico4
(O3
), la
concentración de partículas (PM10
) y
el dióxido de nitrógeno (NO2
). Estos
resultados se producen generalmente
en aglomeraciones urbanas. Además,
también pone de manifiesto la urgencia
de incluir medidas para la reducción
de las emisiones de amoniaco y
óxidos de nitrógeno principalmente.
Este plan propone la implantación
de medidas tanto a nivel de
información, concienciación e
investigación como medidas dirigidas
a sectores concretos implicados
en la emisión de contaminantes.
Dentro de las líneas de investigación
previstasenestasmedidas seencuentra
el estudio de la efectividad de la
utilización de materiales fotocatalíticos
para la reducción de la contaminación.
calidad del aire ambiente que cuenta con más de 600
estaciones de medición fijas en todo el territorio
español. El tráfico es una de las principales fuentes de
contaminación atmosférica en Europa. Es responsable
junto con la industria de las emisiones de dióxidos de
nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO2
) y partículas
en suspensión (PMx
), las cuales suponen un mayor
impacto sobre la salud (Medina, 2004). En las zonas
urbanas el 50% de las emisiones de óxidos de nitrógeno
(NOx) se producen por combustión en los motores
de los vehículos (U.S. EPA, 1998). En España el 34%
de las emisiones de óxidos de nitrógeno provienen
del tráfico (European Environment Agency, 2012).
El diseño de nuestras ciudades y de la arquitectura
influyedirectamenteenesteproblema.Lagrandensidad
de edificios en altura dificulta la dispersión de los
contaminanteseincrementasuconcentraciónenelaire.
La mayoría de las ciudades adoptan medidas
pasivas frente a la contaminación, orientadas a
no incrementar los niveles de contaminantes.
Sin embargo, en los últimos años se han realizado
avances significativos en el estudio de nanomateriales
aplicados a la Arquitectura como los materiales
fotocatalíticos, los cuales se pueden emplear como una
de las pocas medidas activas que consiguen reducir
la concentración ambiental de los contaminantes.
7
ZONAS CON EL AIRE MENOS SALUDABLE
En 2011 regiones que superaron el límite recomendado, por tipo de contaminante.
Ozono
(O3
)
Partículas
(PM10)
Dióxido de nitrógeno
(NO2
)
Dióxido de
azufre (SO2
)
Gijón y Asturias central
Bajo Nervión
Torres de Ponent
Vic
Barcelona, Vallès,
y Baix Llobregat
Palma
La Rioja
Madrid, Sur
y Corredor
del Henares
Bailén
Sevilla y área
metropolitana
Granada y área
metropolitana
Algeciras
Santa Cruz de Tenerife,
San Cristóbal de la Laguna
POBLACIÓN CENSADA EN ZONAS CON INCUMPLIMIENTOS
Ozono
Dióxido de nitrógeno
Partículas
Dióxido de azufre
22.601.892 315.656 km2
12.007.477 7.273 km2
7.218.639 16.330 km2
580.289 738 km2
4. Contaminante secundario que se crea a partir de los óxidos de nitrógeno y los compuestos volátiles.
2
0
1
3
Ministerio de
Agricultura,
Alimentación y
Medio Ambiente.
en EL PAÍS

8. FOTOCATÁLISIS
Como se ha descrito en el apartado anterior, la contaminación es un problema que pone en
peligro tanto la salud de las personas cómo la viabilidad y sostenibilidad de nuestros ecosistemas.
Actualmente, disponemos de diversas tecnologías que evitan el uso de procesos
químicos y que permiten paliar este problema reduciendo, e incluso eliminando las
concentraciones de contaminantes, tanto en nuestra atmósfera como en el agua.
Desde el ámbito de la Arquitectura también se pueden adoptar medidas que contribuyen a mejorar la calidad del aire
mediante el uso de materiales fotocatalíticos que, entre otras cualidades, poseen propiedades descontaminantes.
Para entender el proceso según el cual estos materiales consiguen eliminar las concentraciones de contaminantes
ambientales, es preciso describir previamente ciertos procesos químicos de los cuales se deriva este efecto.
·PROCESOS NO FOTOQUÍMICOS: Implica la generación
del radical hidroxilo a través de cualquier vía que
implique la utilización de especies químicas o de
energía que no sea proporcionada por radiación
luminosa. Alguno de los procesos que pertenecen
a este grupo son la ozonización en medio
alcalino o con peróxido de hidrógeno, procesos
Fenton o la oxidación en agua sub/supercrítica.
·PROCESOS FOTOQUÍMICOS: En estos procesos es
necesarialautilizacióndelaluz,quepuededesempeñar
un doble papel dependiendo de si causa la destrucción
directa de los contaminantes, por ejemplo la fotólisis, o
si actúa como activador de los procesos de generación
de radicales hidroxilo y otras especies reactivas,
en el que se incluye la fotocatálisis heterogénea.
El uso de radiación luminosa supone un aumento
de la velocidad de las reacciones químicas
respecto a otros procesos similares en ausencia
de irradiación. Asimismo el uso de este tipo de
procesos suponen “la minimización o eliminación
del uso del ozono y sus riesgos inherentes,
la reducción de los costes de operación, una
mayor versatilidad y la posibilidad de trabajar en
condiciones próximas a las naturales” (Pizarro, 2005).
Dentro de las variantes existentes en los procesos
fotoquímicos como son la fotólisis del agua en
ultravioleta de vacío, ultravioleta con peróxido
de hidrógeno, ultravioleta con ozono, foto-
Fenton y fotocatálisis heterogénea, es ésta última
la que se desarrollará más en profundidad.
TECNOLOGÍA S AVANZ ADA S DE OXIDACIÓN
Las tecnologías o procesos avanzados de oxidación
(TAO’s) se presentan como alternativas o complementos
a los tratamientos de oxidación convencionales. Su
efecto reside fundamentalmente en la generación
de radicales hidroxilo (•OH), especies altamente
reactivas, con un potencial de oxidación mayor que el
de otros oxidantes convencionales, capaces de destruir
indiscriminadamente a los compuestos orgánicos y a
velocidades entre 106-1012 veces superior (Glaze, 1987).
La ventaja de utilizar los procesos de oxidación
avanzada en tratamientos descontaminantes es que
no sólo cambian de fase al contaminante sino que
también lo transforman químicamente, presentando
una alta capacidad para la destrucción de multitud
de ellos, incluso de aquellos refractarios a otros
procesos; siendo efectivos a bajas concentraciones
de contaminantes (Jaramillo y Taborda, 2006).
Asimismo, presentan algunas ventajas como la
disminución del consumo de recursos energéticos, la
no generación o generación en bajas concentraciones
de subproductos de reacción y el escaso riesgo que
implican los agentes reactivos empleados para la
salud de los operarios y el entorno (Pizarro, 2005).
En función del mecanismo de generación de los
radicales •OH y de la utilización de agentes
reactivos adicionales, pueden distinguirse diversos
procesos dentro de las TAO’s), que a su vez se
clasifican en dos grupos principales (Blesa, 2001):
H E T E R O G É N E A

9. 9
F O T O C A T Á L I S I S H E T E R O G É N E A
Las exigencias medioambientales, cada vez más
rigurosas, junto con la búsqueda de nuevos
procedimientos más versátiles y económicos
hacen de la fotocatálisis heterogénea una de las
alternativas de mayor potencial como complemento
o sustitución a las técnicas más comunes.
Los puntos fuertes de esta tecnología residen en
su carencia de selectividad, actuando de forma
indiscriminada sobre muy diversos tipos de
contaminantes (orgánicos o inorgánicos), incluso
sobre aquellos resistentes a otros tratamientos; así
como en la posibilidad de utilizar la luz solar
como recurso energético para la activación de
las reacciones de degradación. Este último factor
supondría una fuerte reducción de los costes de
operación frente a otros tipos de tratamientos
y la convertiría en una tecnología sostenible.
El descubrimiento de los procesos fotocatalíticos se
les atribuye a Akira Fujishima y Kenichi Honda en
1967. Esta reacción se descubrió cuando mediante la
construcción de un circuito electroquímico empleando
dióxido de titanio (TiO2
) y platino (Pt) sumergidos en
agua, se produjo la disociación del agua en hidrógeno
(H2
) y oxígeno (O2
) cuando el dióxido de titanio era
irradiado con luz procedente de una lámpara de
xenón (Linsebliger et al., 1995; Fujishima et al., 1999).
Este fenómeno sería más tarde conocido con el
nombre de “efecto Honda-Fujishima”. Sin embargo,
no fue hasta 1972 cuando este descubrimiento se
público en un artículo titulado “Electrochemical
Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode” en
la revista Nature. En este artículo Fujishima describe
que cuando el catalizador1
es irradiado con fotones,
su absorción promueve un salto de un electrón de la
banda de valencia a la de conducción(*)
, generando
pares electrón-hueco (Fujishima y Honda, 1972).
La fotocatálisis se puede definir como “una
reacción fotoquímica que se basa en la absorción
directa o indirecta de energía radiante (visible o
UV), en presencia de oxígeno, por un catalizador1
como sólido semiconductor de banda ancha que
se encuentra en distinta fase que los reactivos”
(Domènech et al., 2001; Menéndez, 2010).
También puede definirse como la aceleración
de una reacción química por actuación de un
catalizador sólido, activado mediante excitación
electrónica al incidir sobre él radiación luminosa
de un determinado contenido energético por
mediación del oxígeno. La principal diferencia
respecto de las técnicas catalíticas convencionales
es, por tanto, que en éstas últimas la activación
tiene lugar por vía térmica, lo que en muchos casos
supone un coste operacional mucho más elevado.
Las reacciones de destrucción de los contaminates
se producen en la región interfacial entre el sólido
excitado y la solución, sin que el catalizador
sufra cambios químicos” (Domènech et al., 2001).
Durante este proceso se presentan reacciones de
oxidación y reducción; consiguiendo que por cada
fotón, con una energía determinada, que incida sobre el
material semiconductor, se promueva un electrón de la
banda de valencia a la banda de conducción(*)
, como ya
había puesto de manifiesto Fujishima y Honda (1972).
Mediante esta tecnología se generan oxidantes,
como el radical hidroxilo, que reaccionan con
los contaminantes orgánicos degradándolo.
A este hecho se le añade la generación de un
proceso de desinfección “superior al 99,9% de
efectividad en eliminación de bacterias, virus y
todo tipo de organismos patógenos sin utilizar
ningún agente químico” (Menéndez, 2010).
La utilización del proceso fotocatalítico
da como resultado la degradación de los
contaminantes no sólo atmosféricos sino también
los que se encuentran en medios acuosos.
E L C ATA L I Z A D O R E N L A F OTO C ATÁ L I S I S
El haz luminoso puede interaccionar
directa o indirectamente con el catalizador,
diferenciándose así dos variantes en el
proceso de activación de las reacciones:
·REACCIÓN FOTOSENSIBLE: se produce cuando
la energía radiante es absorbida por una
especie química ligada al catalizador que,
tras ser excitada le comunica dicho estado al
catalizador por transferencia de cargas o energía.
·REACCIÓN FOTOCATALIZADA:laluzexcitadirectamente
al catalizador, siendo éste el que transfiere la carga o
energía a otras especies adsorbidas1
en su superficie.
La acción del fotocatalizador se ve afectada por
un gran número de parámetros que influyen en el
proceso de oxidación en el que se basa la fotocatálisis
y que, como consecuencia, resultan determinantes
para la eficiencia global del proceso (Hermann,
1999). Los que aquí se describen son algunos de
los parámetros relacionados con la efectividad de
la reacción en sí misma, más adelante se describirán
los parámetros a tener en cuenta para la aplicación
de los materiales fotocatalíticos en infraestructuras
urbanas con dióxido de titanio como catalizador:
1. Sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a
formar parte de los productos resultantes de la misma.

10. 1. Adsorber: Atraer sobre un cuerpo moléculas o iones de otro cuerpo en estado líquido o gaseoso y retenerlos en su superficie.
·MASA DEL CATALIZADOR: se ha comprobado que
la velocidad de reacción inicial es directamente
proporcional a la masa del catalizador; sin embargo, al
llegar a cierto valor, la velocidad de reacción se vuelve
independiente de su masa. Por lo tanto, la masa óptima
del catalizador es aquella que evite un exceso del
mismo y se asegure la absorción total de los fotones
eficientes, es decir, la máxima cantidad de catalizador
para la cual son iluminadas todas sus partículas.
·LONGITUD DE ONDA: las variaciones de la velocidad
de reacción en función de la longitud de onda sigue
el espectro de absorción del catalizador, con un
umbral correspondiente a su banda prohibida(*)
. Los
fotocatalizadores que resultan más interesantes son
aquellos cuya anchura de banda de energía prohibida
esté dentro del intervalo energético del espectro
solar, ya que se puede emplear tanto luz natural
como luz artificial, dependiendo de en que longitudes
de onda sea capaz de activarse el catalizador.
·TEMPERATURA: debido a la activación fotónica, la
fotocatálisis no requiere calor para su activación
(catálisisconvencional),pudiendooperaratemperatura
ambiente. Tanto la energía de activación real como la
aparente son bajas en un intervalo de temperatura
entre 20ºC y 80ºC. Para temperaturas más altas o más
bajas el proceso pierde eficiencia (Hermann, 1999).
·PRESENCIA DE OXÍGENO: el oxígeno es uno de
los oxidantes más importantes. Diversos estudios
(Hermann, 1999; Domènech et al., 2001) han
confirmado que la ausencia de O2
en el medio de
reacción conduce a la inactividad del catalizador.
La elección del catalizador más conveniente debe
tener en cuenta también otros aspectos como su
estabilidad química y a la fotocorrosión, disponibilidad
y coste en el mercado, así como el grado de toxicidad.
D I Ó X I D O D E T I T A N I O
Existen diversos materiales con propiedades
idóneas para actuar como catalizadores y llevar
a cabo reacciones fotosensibilizadas como, por
ejemplo el TiO2
, ZnO, CdS, óxidos de hierro, WO3
,
ZnS, etc. Estos materiales son económicamente
asequibles, e incluso muchos de ellos participan
en procesos químicos en la naturaleza.
Además, la mayoría de estos materiales puede
excitarse con luz de no muy alta energía, absorbiendo
parte de la radiación del espectro solar que incide
sobre la superficie terrestre, lo cual incrementa el
interés para un posible aprovechamiento de la luz solar.
Los fotocatalizadores más investigados hasta el
( * )
T E O R Í A D E B A N D A S
El comportamiento de los semiconductores que
participan la en fotocatálisis se puede explicar según la
TeoríadeBandas.Losátomosdeestossólidos constituyen
una red tridimensional infinita, donde el solapamiento de
los orbitales atómicos, que se extiende por toda la red,
da lugar a una configuración formada por bandas de
estados electrónicos permitidos o bandas de energía.
Estasbandaspuedenestarocupadasconelectrones(banda
de valencia) o pueden estar vacías (banda de conducción),
siendo ésta última la que siempre posee menos energía.
Entre ambas bandas hay una zona en la cual no hay
estados electrónicos permitidos, esta zona se denomina
banda de energía prohibida o band gap (Candal et al.,
2001a).
Cuando un semiconductor es iluminado con radiación
de energía igual o superior a la energía del band gap,
se produce la absorción de fotones por parte del
semiconductorproduciéndoselapromocióndeelectrones
de la banda de valencia a la banda de conducción,
con la simultánea generación pares electrón-hueco.
Los pares electrón-hueco pueden seguir distintos
caminos, ambos pueden migrar a la superficie del
catalizador para reaccionar con las especies allí
adsorbidas. Los electrones que alcanzan la superficie
del fotocatalizador pueden reducir las moléculas
adsorbidas, mientras que los huecos que alcanzan
su superficie pueden oxidarlas (Hermann, 1999).
Cuando la fotocatálisis se lleva a cabo en presencia
de oxígeno, éste es el principal aceptor de los
electrones. Mediante esta reacción se producen
iones superóxido (O2
-) que pueden reaccionar con
electrones dando lugar a radicales hidroxilo (·OH).
Los huecos que llegan a la superficie del fotocatalizador
reaccionan con las sustancias adsorbidas, principalmente
agua o iones OH- generando estos radicales. Los
radicales hidroxilo serán los responsables de la
oxidación de los compuestos orgánicos, lo que constituye
el fundamento de la utilización de la fotocatálisis
heterogénea en los procesos de descontaminación.
10

11. 11
Dióxido de titanio en
forma de rutilo
1.Descomposión por medio de su reacción con el agua.
2.Proceso que introduce átomos de cloro en moléculas orgánicas.
3.Cualquier sustancia que en disolución acuosa aporta iones OH− al medio.
momentosonlosóxidosmetálicossemiconductoresde
bandaanchay,particularmente,elTiO2
,debidoaque“se
trata de un semiconductor química y biológicamente
inerte, no es tóxico, es estable a la corrosión
fotoquímica y química (no es atacado por los ácidos
o álcalis)y es abundante y económico” (Blesa, 2001).
El dióxido de titanio está en la naturaleza en
varias formas: rutilo (tetragonal), anatasa
(octahédrico) y brookita (ortorrómbico).
Algo característico de este elemento es su
coloración blanca, por este motivo se viene
utilizando en la industria como pigmento.
De las tres fases cristalinas del dióxido de titanio,
sólo las dos primeras han encontrado aplicaciones en
diversos campos y son producidas a escala comercial.
Por tanto, este apartado se centra principalmente en
la descripción de las características de ambas fases.
El rutilo es la fase más estable termodinámicamente.
No obstante, la lenta cinética de transformación de la
anatasa y de la brookita a rutilo permite que puedan
encontrarse en abundancia materiales naturales
de dichas fases. Esta transformación a rutilo puede
inducirse por calentamiento, siendo la temperatura
de conversión variable en función de las condiciones
de fabricación de cada uno de los materiales.
La estructura del TiO2
parte de la coordinación
octaédrica del Ti que se encuentra rodeado de
seis átomos de O2
–
, estando éstos a su vez unidos
a tres átomos de titanio con una configuración
trigonal. Dependiendo de cómo se establezcan las
uniones entre los octaedros unitarios, aparecen
las tres modificaciones cristalinas mencionadas
anteriormente. De este modo, la anatasa y
el rutilo cristalizan en el sistema tetragonal
mientras que la brookita lo hace en el rómbico.
Las materias primas empleadas en la producción
comercial de TiO2
son ilmenita, rutilo, rutilo sintético
(a partir de la ilmenita), leucoxeno y anatasa natural.
Son dos los procedimientos más utilizados para la
producción comercial de TiO2
(Ullman’s Encyclopedia
of Industrial Chemistry, 1998; Blesa, 2001):
Proceso Sulfato: Se lleva a cabo la digestión de las
fuentes de TiO2
con ácido sulfúrico concentrado a
una temperatura comprendida entre 150-220 ºC.
Como producto, se obtienen sulfatos de titanio
que son hidrolizados1
o precipitados por vía
húmeda. El producto obtenido es posteriormente
purificado y calcinado para generar el TiO2
final.
Proceso Cloro: En una primera etapa las materias
primas de TiO2
son transformadas a TiCl4
por
cloración2
a 700-1200 ºC y purificadas por destilación.
Posteriormente las partículas de TiCl4
son oxidadas
con O2
en fase vapor, en un reactor de llama o
tubo de sílice, a una temperatura de 900-1400 ºC.
Los materiales que se obtienen en llama tienen el rutilo
comoestructuracristalinapredominante,mientrasque
por vía húmeda a temperatura ambiente , se genera
principalmente TiO2
amorfo o en la fase anatasa.
Dado el mayor uso actual del TiO2
como pigmento
y aditivo, el método del cloro es el de mayor
expansión. En cambio, el método del sulfato
proporciona características mucho más interesantes
desde el punto de vista de la fotocatálisis, como
son un mejor control de la porosidad del sólido
y de la concentración de dopantes incorporados.
Aunque estos dos procesos son los procesos
más convencionales, existen en la actualidad
investigaciones que tratan sobre nuevas formas de
síntesis del dióxido de titanio de una manera limpia.
Uno de los nuevos procesos más prometedores
es el patentado por Animesh Jha (2008),
desarrollado en la Universidad de Leeds.
Este proceso consiste en la calcinación del mineral con
álcalis3
(base) para eliminar los contaminantes, que se
lavanyaclaranconácidoparalograrproductosderivados
valiosos para el sector de la industria y la construcción.

12. 12
Dióxido de titanio en
forma de anatasa
El residuo bruto que se genera reacciona con
una cantidad de cloro 20 veces menor que la
normal para producir polvo de dióxido de titanio.
Ademas, proporciona una producción media
de hasta el 97 % de TiO2 en comparación con
la media actual del sector del 85 % (Jha, 2008).
Este nivel de pureza reduce los costes de producción
de pigmentos y los costes de desecho de residuos.
Asimismo, este innovador proceso
también recicla el CO2
emitido y calor.
Actualmente, su línea de investigación
trata de perfeccionar la síntesis para
producir el 90 % de dióxido de titanio puro.
Con el propósito de solventar estos problemas
inherentes al empleo del óxido de titanio
convencional, para el desarrollo de métodos de
síntesis que conduzcan a la obtención de nuevos tipos
de materiales basados en TiO2
, la mayor atención se
dirige a la modificación de las siguientes propiedades:
Absorción de luz visible. La aplicabilidad práctica
del TiO2
en los tratamientos fotocatalíticos pasa por
la necesidad de desplazar su absorción de radiación
hacia la región del espectro visible. Existen varias
opciones a la hora de abordar esta problemática,
siempre basadas en la incorporación de nuevas
especies a la composición del catalizador (Blesa, 2001).
Una de las vías consiste en el dopaje del semiconductor
con impurezas metálicas que introducen niveles
energéticos permitidos entre las bandas de valencia
y de conducción del TiO2
, reduciendo así la energía a
superar para provocar la promoción de los electrones,
a la vez que pueden actuar como trampas de
electrones alargando el tiempo de vida de los huecos.
Un segundo procedimiento bastante habitual, es
la adición de agentes sensibilizadores capaces de
transferir electrones a la banda de conducción del TiO2
.
Estos agentes, que pueden ser semiconductores
de menor banda de energía prohibida o colorantes
adsorbidos en la superficie del catalizador. Al
absorber radiación visible son excitados y los
electrones producidos son transmitidos al TiO2
.
Tamaño de cristal: Puesto que las reacciones
fotocatalíticas tienen lugar en la interfase
semiconductor-fluido, y considerando que las
partículas convencionales de TiO2
apenas presentan
superficie interna, la eficiencia del proceso está
fuertemente condicionada por el tamaño del cristal.
De acuerdo con este aspecto, los catalizadores de
pequeño tamaño de cristal que maximicen la relación
superficie/volumen, siendo el orden de nanómetros
el más apropiado, son los que más interesan.
Sin embargo, deben tenerse en cuenta
dos factores fundamentales a la hora
de seleccionar el tamaño óptimo:
1. Cuando el diámetro de los cristales del
semiconductor es inferior a un valor crítico
(aproximadamente 10 nm) la eficacia del proceso
puede disminuir al aparecer efectos cuánticos que
incrementan la separación energética de las bandas.
2. Pequeñas variaciones en los diámetros de
partículas cristalinas ejercen un importante
efecto sobre la recombinación en la fotocatálisis.
El tamaño óptimo para limitar la extensión
de los fenómenos de recombinación se ha
evaluado en torno a 5-20 nm (Zhang et al., 1998).
Recuperabilidad: Las enormes dificultades de
recuperación de los fotocatalizadores de TiO2
en
suspensión hace inviable su uso aún cuando se
logre emplear luz solar como fuente de energía.
Esta limitación se ha resuelto mediante el desarrollo
de sistemas soportados en forma de películas de
TiO2
o incorporados en el volumen de un soporte.
El conjunto obtenido, bien se incorpora al fotorreactor
en forma de lecho fijo o monolitos, o bien, mejora
la filtrabilidad al aumentar el tamaño de partícula.
Entre los soportes más habituales se encuentran
aquellos basados en sílice, como el gel de sílice,
vidrio, cuarzo y, más recientemente, materiales
mesoestructurados (Van Grieken et al., 2002).
El uso de catalizadores soportados, en cambio,
presenta como inconveniente las mayores limitaciones

13. 13
RAYOS UV
O2
NO2 NO
NO3
-
NO2
-
H2
O
TiO2
OH-
2
0
1
5
Proceso de la reacción
fotocatalítica con
dióxido de titanio como
catalizador y óxidos
de nitrogeno como
contaminate
difusionales a la transferencia de materia y una menor
eficacia fotocatalítica al disponer de un área superficial
inferior con respecto a los materiales en polvo.
Superficie específica: Aspectos, anteriormente
descritos, como la recuperabilidad del fotocatalizador,
la superficie de contacto sólido-fluido, grado de
hidroxilación superficial y disponibilidad de los pares
de carga, podrían ser simultáneamente mejorados con
la preparación de TiO2
de elevada superficie específica
y mayor tamaño de partícula. Son numerosas
las investigaciones (Blesa. 2001) que intentan el
desarrollo de catalizadores de TiO2
mesoporosos,
con elevada área superficial, distribución uniforme
del tamaño de poro y adecuada estabilidad térmica.
Hasta el día de hoy no se ha logrado obtener
materiales que cumplan los tres requisitos, siendo
la estabilidad térmica el objetivo más difícil,
por lo que se tiende a alcanzar una situación de
compromiso o a preparar mezclas de TiO2
con
otros óxidos que mejoren su comportamiento
frente a la temperatura (SiO2
-TiO2
, Al2
O3
-TiO2
, etc.).
L A R E A C C I Ó N F O T O C A T A L Í T I C A C O N
T i O 2
C O M O C A T A L I Z A D O R A P L I C A D A
A M A T E R I A L E S D E C O N S T R U C C I Ó N
La actividad fotocatalítica del dióxido de titanio ha
sido extensivamente estudiada en aplicaciones de
esterilización, desinfección y descontaminación.
Estudios previos (Conama, 2012; Wiesner, 2009;
Pacheco-Torgal, 2011) indican que los materiales de
construcción que contienen dióxido de titanio, cuando
son expuestos a la radiación solar, pueden oxidar
eficientemente los contaminantes adsorbidos sobre su
superficie (óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono,
COVs, formaldehído, emisiones industriales, etc).
Especialmente relevantes son los óxidos de
nitrógeno (NOx
) que representan algunos de los
agentes contaminantes del aire más abundantes.
El número de contaminantes atmosféricos
que pueden ser degradados con aplicaciones
TiO2
es extraordinariamente extenso dado
que, a priori, prácticamente cualquier
compuesto orgánico es susceptible de ser
oxidado mediante fotocatálisis heterogénea.
Algunos ejemplos del amplio abanico de
sustancias son los trabajos de Tompkins
(Tompkins et al., 2005) donde se recogen
hasta 60 referencias en las que se estudia la
eliminación de distintos compuestos orgánicos
e inorgánicos en fase gas.
Los procesos de oxidación heterogénea
fotocatalítica representan una vía prometedora
para solventar los problemas causados por los
NOx
en nuestras ciudades, mediante su conversión
fotoquímica a nitratos y nitritos (NO2
-, NO3
-).
Estos compuestos generados a partir de la reacción
son compuestos solubles que pueden ser arrastrados
por el agua de lluvia o riego de mantenimiento
(Dalton et al., 2002; Tompkins et al., 2005).
Las concentraciones de NOx
suelen ser lo
suficientemente bajas para que, incluso con
elevados niveles de conversión a nitratos y nitritos,
no represente un problema para el tratamiento
del agua en las estaciones depuradoras de aguas
residuales, a través de una proceso de desnitrificación.

14. 14
P I C A D A P R O J E C T . P H O T O C A T A L Y T I C
I N N O V A T I V E C O V E R I N G S A P P L I C A T I O N S
F O R D E P O L L U T I O N A S S E S S M E N T
PICADA es un proyecto de investigación sobre recubrimientos
innovadores con propiedades fotocatalíticas que
se desarrolla a nivel europeo dentro del programa
Competitive and Sustainable Growth. Este proyecto
comenzó el 1 de enero de 2002 y terminó en 2005.
El objetivo del proyecto era realizar investigaciones
para desarrollar una gama de este tipo de
materiales y evaluar su efecto a gran escala.
Como también define este proyecto la autolimpieza y la
capacidad de descontaminar surgen de las propiedades
fotocatalíticasdedióxidodetitanioTiO2
quesepuedenintroducir
o bien en la matriz de edificio o mediante revestimientos
superficiales. Cuando se expone a los rayos UV solares, estos
materiales conducen a la descomposición foto-inducida de
óxidos de nitrógeno y diversos contaminantes orgánicos.
Los principales objetivos del proyecto son:
·Una mejor comprensión de los mecanismos de las reacciones
fotocatalíticas y su efecto en la limpieza y descontaminación.
·El desarrollo y optimización de formulaciones industriales,
incluyendo TiO2
, así como sus métodos de aplicación.
·El establecimiento de un modelo de comportamiento local
bajo diferentes condiciones de exposición y en un entorno
urbano realista.
·El desarrollo y la comercialización de los productos
fotocatalíticos.
Para alcanzar estos objetivos, PICADA reúne actores
académicos e industriales, así como laboratorios de ensayo,
con habilidades complementarias en la química, construcción,
materiales, contaminación del aire y simulaciones numéricas.
El proyecto está organizado en dos etapas principales:
La primera etapa engloba cuatro líneas de trabajo, las cuales
se centran en la mejora de las propiedades características
de estos material desde la perspectiva de su ciclo de vida:
1. Se identificarán cuáles son los requisitos de valor
agregado y se hará hincapié en todos los parámetros del
efecto fotocatalítico para lograr los requisitos funcionales.
2. Se examina la eficacia de la descontaminación a
través de pruebas de laboratorio y se determinará el
diseño optimizado conceptual y cuantitativo a cubrir.
3. Se definen los materiales para mejorar la disponibilidad
de los recursos eco-eficientes y estudiar toda la gama de
aplicaciones profesionales (cómo usar los recubrimientos).
4.Secentraenlavalidaciónenlamacroescalay seproporcionarán
modelos de comportamiento de los revestimientos.
La segunda etapa se divide en dos líneas que se
dedican a la validez de desarrollo de las aplicaciones:
5. Se definirán resultados esperados del modelado
descontaminación urbana para facilitar el desarrollo
de los estos materiales en el entorno urbano.
6. Se recogerán los datos de varios experimentos in
situ para proporcionar garantías del rendimiento.
7 y 8. difusión y gestión de los proyectos por los colaboradores.
Para que estas reacciones de oxidación
fotocatalítica sean eficientes son necesarias
concentraciones relativamente bajas de dióxido
de titanio, recubrimientos fotocatalíticos del orden
de 600nm - 1μm ya demuestran elevada actividad,
como ya se ha descrito en los apartados previos
(Olabarrieta et al., 2012; Faraldos et al., 2012).
Actualmente ya existen algunas compañías
que comercializan cementos y otros materiales
de construcción fotocatalíticos para su
aplicación en fachadas, calles, aceras, cubiertas,
etc., existiendo múltiples ejemplos de su
aplicación en Europa y Japón (Proyecto Picada;
Italcementi; Cristal Global; AIF) (Chen et al., 2009)
Pese a los múltiples estudios realizados intentando
aumentar la eficiencia de los catalizadores bajo
la radiación visible, hasta ahora la mayoría
de estos esfuerzos no han dado lugar a
materiales que mejoren los resultados de los
catalizadores basados en dióxido de titanio.
El rendimiento de la fotocatálisis en aplicaciones
urbanas puede verse afectado por factores
medioambientales como la intensidad de
la radiación incidente, humedad relativa,
temperatura y viento, pero también depende
de otros factores intrínsecos del fotocatalizador
cuando está asociado a un soporte a base de
cemento, como porosidad, tipo y tamaño de
los agregados, método de aplicación, cantidad
aplicada y envejecimiento (Shen et al., 2012).
Asimismo, la adsorción de contaminantes sobre
los centros activos de los composites TiO2
-cemento
se ha identificado como el factor determinante
de la eficiencia fotocatalítica (Chen et al., 2011).
Las excepcionales propiedades químicas,
ópticas, dieléctricas y semiconductoras del
TiO2
, ya mencionadas, han extendido sus
aplicaciones a muy diversos campos científicos
y tecnológicos (Schneider y Baiker, 1997;
Grätzel, 2000; Devi et al., 2002; Jacoby, 2003).
E N S A Y O S D E C O N T R O L
D E L A E F I C I E N C I A
F O T O C A T A L Í T I C A
Para poder estimar la acción descontaminante
de los materiales fotocatalíticos y cuantificar
su efecto es necesario realizar análisis de
la reacción. Es preciso establecer métodos
estandarizados que permitan comparar la
eficacia de estos materiales y la estabilidad de

15. 15
de la actividad fotocatalítica de materiales.
Durante seis días, las 24 horas de cada día,
se introducen en la cámara monitorizada
EUPHORE piezas de muestras con características
fotocatalíticas, donde se introduce la
misma composición química y cantidad
de aire ambiental que existe en una zona
representativa, tomada en la ciudad de Valencia.
De ese modo se mide la reducción de concentraciones
de NOx por efecto de la aplicación de estos productos.
Cámara monitorizada
EUPHORE, CEAM, en
Valencia
los mismos a lo largo del tiempo (Maury et al., 2010).
Ensayos de Laboratorio.
En la actualidad, en Europa existen tres Normas
de ensayos de laboratorio para el análisis de
la capacidad fotocatalítica de los materiales:
Norma Francesa: Photocatalyse – Méthode
d’essai pour l’évaluation des matériaux
photocatalytiques vis-à-vis de la dégradation des
NOx –Méthode à un seul passage en mode tangentiel.
Norma Italiana: Determinazione dell’indice di
abbattimento fotocatalitico degli ossidi di azoto
in aria da parte di materiali inorganici: metodo di
prova in flusso continuo.
Norma Internacional: ISO 22197-1/2007: Fine
ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics). Test method for air-purification
performance of semiconducting photocatalytic
materials. Part 1: Removal of nitric oxide.
En España no existe una normativa oficial de ensayo en
la actualidad, y por esta razón se está trabajando tanto
con la normativa internacional, como con la normativa
italiana a la hora de analizar la eficiencia en la
reducción de concentraciones de óxidos de nitrógeno.
Se han realizado varios estudios comparativos para
ver la sensibilidad de los resultados en función
de la normativa utilizada, a través de los cuales,
se ha observado que los resultados de eficiencia
fotocatalítica, es decir, las capacidades de reducción
de concentraciones de NOx, pueden llegar a ser muy
distintas, dependiendo de la adaptación de la Norma
de ensayo empleada. Por esta razón, en la actualidad,
existen varios grupos de trabajo a nivel nacional e
internacional (AENOR, CEN, European Federation of
Photocatalysis) que están trabajando en este sentido,
con objeto deunificar y normalizar este tipo de pruebas.
Ensayos in situ.
Con objetivo de determinar el efecto descontaminante
de los productos fotocatalíticos aplicados sobre
infraestructuras urbanas, más allá de los ensayos
de laboratorio, se han desarrollado varias
modalidades de ensayos de medidas “in situ”, que
aunque no poseen ningún tipo de certificación,
ni se encuentran amparados por ningún marco
legal. Sí permiten conocer de una manera más
ajustada a la realidad, el funcionamiento de estos
productos, así como su eficacia a lo largo del tiempo.
Ensayo a escala real 1:1 – Cámara Euphore – CEAM,
Valencia (España)
Se ha realizado un novedoso ensayo, pionero
en el sector, a escala 1:1, para la evaluación
Ensayo in situ diseñado por el Centro de Investigación
de EUROVIA, Francia
El ensayo, que tiene como base las normas de
laboratorio actualmente en vigor, consiste en colocar
una cámara hermética sobre la superficie de ensayo,
a través de la cual se introduce aire artificialmente
contaminado, hasta llegar a una concentración
constante tipo, medida en ug/m3, que simula la
concentración de gases NOx típica de una calle urbana.
Una vez que el aire artificialmente contaminado
pasa por la cámara, se mide la concentración de
NO2
a la salida de la misma. El tipo de intensidades
y radiaciones lumínicas durante el ensayo están
controladas y se hacen variar, con objeto de
simular días de luminosidad variable a escala real.
Ensayo in situ desarrollado a partir del Proyecto PICADA
(Photo-catalytic Innovative Coverings Applications for
Depollution Assessment)
Este proyecto estaría considerado como un paso
intermedio entre los estudios realizados en laboratorio
y las mediciones in situ en condiciones reales.
El proyecto consistió básicamente en comparar

16. Muestras tras
aplicar azul
de metileno
M u e s t r a s
tras 209 h de
irradiación UV
16
las mediciones de contaminantes de NOx en una
calle, donde no se incorporaron materiales
fotocatalíticos, con otra de similares características
físicas y ambientales, donde sí se colocaron productos
fotocatalíticos a modo de morteros sobre los
paramentos verticales que confinaban las calles.
Los resultados obtenidos del estudio concluían
que se habían obtenido altas reducciones de
concentraciones de NOx, por comparación con las
calles donde no se habían empleado estos productos.
Ensayo in situ . Ejemplos.
Borough of Camden, Londres, Reino Unido.
En 2006, se llevó a cabo un ensayo de
descontaminación ambiental usando adoquines
en Southampton Row, Bloomsbury. Se incorporó
a las baldosas un dióxido de titanio especialmente
diseñado, cubriendo aproximadamente 1.200m2
.
Se monitorizó la concentración de NOx mediante
quimioluminiscencia, concluyendo que la
contaminación se vio reducida en más del 20%.
Paris, Francia
Durante 2007, se llevó a cabo otro ensayo
en el interior de un aparcamiento en París.
Debido al bajo nivel de luz en el área se usaron dos
tipos de pinturas incorporando un fotocatalizador en
su matriz. El ensayo se prolongó durante 12 meses y la
acumulación de nitratos fue el indicador de la eficiencia
del recubrimiento para la eliminación de NOx.
Mensualmente se tomaron muestras y se cuantificó
la formación de nitrato frente a una referencia de
la misma área. El análisis demostró que los niveles
de NOx se redujeron entre 53-99% dependiendo
del tipo de pintura y el nivel de luz recibido.
Central St. Martins College of Art & Design, Londres,
Reino Unido
Otro ensayo conducido por el Ayuntamiento de
Camden y el King College se realizó sobre un muro.
Durante un año, previamente a la aplicación del
recubrimiento fotocatalítico, se monitorizaron los
contaminantes para tener datos de referencia.
Posteriormenteseaplicóelrecubrimientotransparente
sobre la superficie de la pared y se colocaron dos
detectores de quimioluminiscencia para monitorizar
NO y NO2
, a diferentes distancias del muro, para
detectar cambios en los niveles de contaminación.
Paralelamente se monitorizaron los mismos
contaminantes en un área cercana para efectos
comparativos. Los datos meteorológicos fueros
recogidos cada 15 minutos durante dos años tras
la aplicación del recubrimiento catalítico y los
resultados mostraron una reducción de NOx del
35-65% dependiendo de la estación y condiciones
meteorológicas, equivalente a una capacidad para
reducir NOx de 200g/m2/año (Cristal Global, 2012).
O T R A S A P L I C A C I O N E S D E L O S
M A T E R I A L E S F O T O C A T A L Í T I C O S E N
I N F R A E S T R U C T U R A S U R B A N A S :
En los últimos años, el empleo de TiO2 en materiales
de construcción ha surgido como una prometedora
aplicación para el desarrollo de infraestructuras y
edificios más sostenibles. Fundamentalmente, las
ventajas de estos materiales son el aumento de la
calidad del aire en el entorno y la mejora del aspecto
visual de las infraestructuras disminuyendo, de
este modo, la necesidad de mantenimiento de los
materiales (Pichat et al., 2012).
Con el fin de ilustrar el proceso “auto-limpiable” y
la capacidad de eliminación de contaminantes, se
presenta un ensayo de eliminación de azul de metileno
(colorante modelo) en un material fotocatalítico. Se
pueden observar uno de ellos tratado con un producto
fotocatalítico, sobre los que se aplicó el azul de metileno
y otros materiales tras 209 h de irradiación UV.
Cabe destacar que, inicialmente el azul de metileno
se dispersa en mayor medida en el producto
fotocatalítico debido, probablemente, a un mayor
carácter hidrófilo del material. La exposición a la luz
UV da lugar a la degradación del azul de metileno en
el material fotocatalítico produciendo una disminución
muy notable de la coloración inicial en el material
recuperando en gran medida su aspecto original.
Self-Cleaning materials: Materiales con capacidad
auto-limpiable, bactericidas y fungicidas.
El empleo de TiO2
en materiales de construcción
permite, entre otras cualidades, mantener limpias
las infraestructuras (Othani, 2011). Estas aplicaciones

17. 17
requieren una activación del TiO2 por efecto de la luz
UV del sol que, con ayuda de la lluvia y la humedad del
ambiente, permite oxidar los compuestos orgánicos,
eliminando en parte depósitos que son visualmente
indeseables. Además, la presencia de especies
inorgánicas totalmente oxidadas -Nitratos, sulfatos,
carbonatos- en los materiales puede disminuir gracias
a la eliminación de la materia orgánica dado que
ésta puede actuar como un “adherente” para estas
especies inorgánicas. Por otro lado, el TiO2
permite un
aumento del carácter hidrófilo del material (Sakai et
al., 2003), de modo que las gotas de agua se extienden
en la superficie del material en forma de película,
evitando la deposición de partículas o sustancias en
la superficie, y facilitando el lavado (Pichat, 2012).
El aumento del carácter hidrofílico del material en
presencia de TiO2
, se puede comprobar midiendo
el ángulo de contacto de las gotas de agua sobre
una superficie fotocatalítica, el ángulo de contacto
pasa de 54º a 0º al exponer el material a la luz UV.
De manera que durante la irradiación se producen
cambios superficiales en el TiO2, donde las
moléculas de agua tienden a formar enlaces de
hidrógeno con los grupos ·OH (Sun et al., 2001), lo
que explica que las gotas de agua aisladas formen
una película favoreciendo el lavado del material.
Además, gracias a esta propiedad el TiO2
es comúnmente aplicado en desinfección
degradando bacterias, endosporas, hongos
(Chen et al., 2009; Howard et al., 2011).
I M P L I C A C I O N E S A M B I E N T A L E S Y D E
S A L U D M O T I V A D A S P O R E L E M P L E O D E
P R O D U C T O S F O T O C A T A L Í T I C O S
E N I N F R A E S T R U C T U R A S U R B A N A S
La producción global de TiO2
para todos los usos es
del orden de millones de toneladas por año. Cerca del
70% de todo el TiO2
producido se usa como pigmento
de pinturas, también se usa en vidrios, esmaltes,
plásticos, papel, fibras, alimentos, medicamentos,
cosmética y pasta de dientes. Otros usos de TiO2
incluyen aplicaciones antimicrobianas, catalizadores
para purificación del aire y agua, aplicaciones médicas
y almacenamiento de energía (Weir y col. 2012).
A pesar de que los productos fotocatalíticos a partir
de dióxido de titanio se llevan empleando desde hace
muchos años en numerosos aspectos de nuestra
vida cotidiana, también desde hace unos años se
ha abierto un debate acerca de las implicaciones
que este tipo de productos pudieran tener sobre el
medio ambiente o sobre la salud humana, tanto en
fase de fabricación (en plantas de producción), como
en fase de explotación, es decir, una vez aplicado el
producto sobre el activo de la infraestructura urbana.
Dado que el principio activo para la fabricación del
fotocatalizador puede estar constituido por distintas
composiciones granulométricas de partículas, se están
realizando estudios e investigaciones toxicológicos
paraconocerlainfluenciadelaspartículasmásfinasdel
dióxido de titanio sobre el medioambiente y sobre la
saludhumanaenlasfasesanteriormentemencionadas.
No tendría ningún sentido poner en funcionamiento
una serie de productos que permiten reducir la
contaminación de las ciudades, si como contrapartida
tuvieran efectos perjudiciales sobre la salud.
Las nanopartículas tienen tres vías de acceso
a las personas: inhalación, dérmica e ingestión
(Hoerr et al., 2009), de todas ellas la inhalación
es la más común en trabajadores relacionados
con la fabricación y aplicación de nanopartículas.
El uso de óxido de titanio nanoparticulado ha
experimentado un enorme aumento en los últimos
años, con aplicaciones en alimentación, cosmética,
tejidos y materiales de construcción, lo que podría
favorecer que las cantidades liberadas al medio
ambiente puedan adquirir dimensiones de riesgo
potencial para la salud (Wiesner et al., 2009).
Los riesgos de las nanopartículas de óxido
de titanio son prácticamente desconocidos
(Tsuji et al., 2006), y, aunque determinados
estudios realizados inducen a pensar que el
óxido de titanio es potencialmente tóxico, hay
muy poca información disponible sobre las
dosis y características de la exposición a estos
materiales (Farre et al., 2011, EASHW, 2012).
Algunos estudios realizados hasta el momento
concluyen que la exposición durante la fabricación de
pavimentos fotocatalíticos no excede la concentración
máxima permitida (Broekhuizen et al., 2011) aunque los
niveles de nanopartículas detectados en condiciones
reales durante la aplicación de un recubrimiento
fotocatalítico mediante spray fueron superiores.
Sin embargo, los pavimentos ya recubiertos
no produjeron un incremento en el nivel de
nanopartículas atmosférico (Dylla et al., 2012).
Es imprescindible diseñar protocolos estandarizados
para analizar con mayor precisión la toxicidad de
estos nanomateriales en humanos (Olabarrieta
et al., 2012), pues actualmente no hay ningún
estudio, regulación ni norma al respecto.
Además, la gran cantidad de parámetros influyentes en
estosestudios,resultarealmentecomplicado establecer
un dictamen lo suficientemente contundente.

18. La aplicación de dióxido de titanio sobre los
materiales de construcción se inicia a comienzos de
los años 90. La versatilidad del titanio en cuanto a
su actividad fotocatalítica combinada con su posible
aplicación como material estructural en los edificios
ha generado su rápida aplicación sobre sustratos
de diversa naturaleza, incluyendo vidrios, morteros
de cemento, azulejos y materiales de 15 PVC.
(Chen y Poon, CS Build. & Environ. 44, 1899, 2009).
El primer ejemplo en utilizar cementos
fotocatalíticos fue la Iglesia DIVES IN MISERICORDIA
de Richar Meier & Partners en Roma (1996-
2003), en cuya construcción participó la
empresa Italcementi como colaborador técnico.

19. 19
DIVES
IN MISERICORDIA

20. El proyecto se caracteriza por las tres grandes
estructuras realizadas com elementos de
hormigón prefabricado que simulan tres
grandes velas blancas de 26 metros de altura.
Para su construcción se intentó evitar el uso de
estructuras de acero, por lo que se utilizaron
paneles prefabricados de hormigón fotocatalítico
blanco autoportantes que se dividieron, a su vez,
en 346 grandes bloques prefabricados de doble
curvatura con un peso de 12 toneladas cada uno.
Una de las particularidades de utilizar hormigón
fotocatalítico con base en catalizador de dióxido
de titanio es que el color de este hormigón
resulta blanco y permanece inaterable a lo largo
de los años gracias a su acción autolimpiante.
La composiciónde la mezcla del hormigón de
la Iglesia fue la siguiente (Cassar et al., 2003):
Con base en diferentes ensayos mecánicos
desarrollados en esta mezcla especial de hormigón,
no se detectó efecto colateral alguno en la resistencia
a la compresión, tensión indirecta y flexión.
Las resistencias obtenidas fueron de 86,2MPa,
7,0MPa y 10,4MPa a compresión, tensión indirecta
y flexión respectivamente después de los 28 días.
Sin embargo, habría sido aconsejable una
comparación de los anteriores resultados
con otros de los mismos ensayos usando
muestras de referencia sin contenido de TiO2
.
En relación a la durabilidad, debido a la presencia
de partículas de TiO2
fue reportado un incremento
en la resistencia al congelamiento por el Swedish
Cement and Concrete Research Institute en el estudio
denominado: the use of titanium dioxide on concrete
elements: concrete properties and self-cleaning effect.
Adicionalmente, existen estudios que plantean
posibles interferencias con los aditivos orgánicos
en las mezclas de hormigón (Cassar et al., 2007).
Durante el programa de monitorización continuo del
color en la iglesia romana, las mediciones fueron hechas
utilizando un Miniscan XE colorimeter (Hunter lab).
Elprogramaestábasadoenmedicionesejecutadassobre
las superficies de las tres naves, tanto en las superficies
internas como en las externas. Fueron elegidos treinta
bloques de las tres velas del edificio, correspondientes
al 9% del total de la superficie, y estudiados 5 puntos en
cada panel, realizándose 6 mediciones en cada punto.
Todas las mediciones del color estuvieron
basadas en el sistema del color CIE L*a*b*.
Por otro lado, basados en una simulación de
ordenador que estima la percepción humana de los
cambios de color, después de la rehabilitación estética
de las estructuras de hormigón, los cambios de color
producidos en los edificios que contienen TiO2
pueden
ser evaluados Los resultados de las mediciones
colorimétricas de la iglesia Dives in Misericordia
reflejan que las tres naves, tanto las superficies
externas como las internas, se comportaron de la
misma manera durante el periodo de construcción
correspondientes a los tres primeros años.
Al finalizar la construcción, sobre las tres naves se
presentaron cambios sutiles de color. Sin embargo,
quizás, por un lado, debido a la blancura de los
paneles pre-fabricados y, por otro, debido a la polución
del aire generada durante el proceso constructivo,
estos sutiles cambios de color eran esperados.
Dos años después del periodo de construcción,
al quinto año, la situación no fue la misma,
se observaron cambios de color mayores en
las superficies externas que en las internas.
Durante el último año de los datos constatados, sexto
año, no se detectó recuperación alguna del color.
Sin embargo, se evidenció que existía una tendencia
a la estabilización del color (Guerrini et al., 2007).
Si bien no existen comparaciones entre los
cambios de color producidos en las superficies de
los edificios y algunos paneles de referencia, las
conclusiones de los resultados denotaron una clara
tendencia a mantener el color original del edificio.
Sin embargo, para un mejor entendimiento de la
acción fotocatalítica del TiO2
en estas aplicaciones,
se deberían desarrollar correlaciones entre los
cambios de color producidos en las superficies, las
condiciones ambientales y los planos arquitectónicos.
20
Cemento blanco con TiO2
(5%) 380 kg/m3
Metacaolín blanco (con agente
compatibilizante)
38,7 kg/m3
Agregados: mármol triturado dmáx= 20 mm 1850 kg/m3
Superplastificante acrílico (solución 30%
extracto seco
0.5 kg/m3
Agua 160 l/m3

21. 21
7
6
5
4
3
2
1
1 2 3 4 5 6 7
Tiempo (años)
Cambio
de
color
MUY EVIDENTE
EVIDENTE
SUTIL
MUY SUTIL
NO OBSERVABLE
NAVE 1 EXTERNA
NAVE 2 EXTERNA
NAVE 3 EXTERNA
NAVE 2 INTERNA
NAVE 3 INTERNA
NAVE 1 INTERNA
NAVE 1 EXTERNA NAVE 2 EXTERNA NAVE 3 EXTERNA
NAVE 1 INTERNA NAVE 2 INTERNA NAVE 3 INTERNA
2
0
0
3
Sección_ Iglesia Dives
in Misericordia en
Roma de Richard
Meier & Partners
2
0
0
7
Situación de los
bloques analizados
en las 3 naves de
la Iglesia Dives in
Misericordia
2
0
0
7
Percepción humana
de los cambios de
color en las 3 naves
de la Iglesia Dives in
Misericordia

22. F O T O C A T A L Í T I C O S
ELEMENTOS
CONSTRUCTIVOS
PAVIMENTOS BITUMINOSOS DRENANTES
PERCOLADOS CON LECHADA FOTOCATALÍTICA.
Es la técnica más habitual empleada y más conocida,
que consiste en la percolación de una lechada
descontaminante especial sobre una mezcla
bituminosa abierta. Esta tipología de pavimentos
se lleva a cabo en dos fases. En una primera fase, se
coloca una mezcla bituminosa drenante convencional,
de unos cuatro centímetros de espesor, con un
volumen de huecos comprendido entre el 20 y el 25%.
Posteriormente, y en una segunda fase, se percola
sobre ella una lechada especial, a partir de dióxido
de titanio, cemento, agua, carga mineral y fibras, con
objeto de rellenar los huecos de la mezcla bituminosa.
La utilización de este sistema también contribuye en
el aumento de la durabilidad de la capa de rodadura,
pues desarrolla una alta capacidad mecánica y una
buena resistencia al ataque de productos químicos
(lubricantes, carburantes, etc.) y al envejecimiento
del ligante. Además, dado que la superficie resultante
es de color gris claro, este tipo de tratamientos
permite reducir los efectos de los rayos solares con
respecto a una capa de aglomerado convencional,
ya que reflejaría en mayor medida estos rayos
en vez de absorberlos. Esto hace que el empleo
de estas tecnologías en pavimentación sea muy
ventajoso tanto en términos de reducción de
contaminantes en la atmósfera, como
para la reducción de los fenómenos de
sobrecalentamiento de los núcleos urbanos.
En los últimos años han aparecido en el mercado elementos de pavimentación y de revestimiento
de superficies que incorporan en su composición, de una u otra manera, elementos con
propiedades para la descontaminación del aire ambiental en base de dióxido de titanio.
Algunas de las ventajas que supone la utilización de estos productos son:
·La reducción de las concentraciones de NOx y COVs (Compuestos orgánicos volátiles que emite el trafico rodado.
·La reducción del efecto albedo(*), especialmente en el caso de pavimentos bituminosos.
·La reducción de la capacidad de adherencia de partículas extrañas, polvo o impurezas sobre
las superficies fotocatalíticas, manteniendo así su limpieza y sus condiciones estéticas.
·La reducción de olores debido a la resistencia a la adherencia de partículas o sustancias orgánicas.
( * )
E F E C T O A L B E D O
El albedo es una relación entre la cantidad
de luz o radiación que refleja una superficie
en comparación con la cantidad de luz o
radiación que le llega a la misma superficie.
El efecto albedo se puede medir en porcentajes, siendo
mayor cuanto más clara y reflectante es la superficie.
La Tierra refleja parte de la radiación que recibe
del Sol a través de tres factores principales: la
atmósfera, las nubes y la superficie terrestre.
Cuanto más clara sea la superficie más luz
se reflejara y de igual forma mientras más
oscura sea la superficie menos luz se reflejara.
Dicha variación da lugar a dos efectos principales: el
refrigeranteodeenfriamiento(cuandolaluzesreflejada)
y el de calentamiento (cuando la luz es absorbida).
El clima de la Tierra depende de la cantidad de
radiación solar que es reflejada y la cantidad que
se absorbe, por lo que este parámetro influye en su
regulación y, por ello también, en el cambio climático.
Esto es así debido a que la temperatura de la Tierra
está ascendiendo como consecuencia de la mayor
cantidad de gases de invernadero que se liberan
hacia la atmósfera. La nieve que cubre el hielo se
derrite en la primavera, y no es hasta el otoño cuando
las temperaturas descienden hasta niveles en los
que el hielo marino se puede formar nuevamente.
Por lo tanto el ciclo de calentamiento, es decir
de reducción del albedo dura más que el ciclo
de enfriamiento y por lo tanto hay menos
tiempo para que el hielo se vuelva a formar.

23. 23
S P R A Y S F O T O C A T A L Í T I C O S P A R A
P A V I M E N T A C I Ó N D E C A L L E S Y A C E R A S
Los sprays fotocatalíticos son tratamientos
superficiales fotocatalíticos anticontaminación
basados en las propiedades del dióxido de titanio.
Su aplicación mediante pulverización, sobre
los pavimentos de calles, aceras y carreteras;
permite reducir la contaminación atmosférica.
Los pavimentos existentes una vez pulverizados
con spray, a partir de compuestos fotocatalíticos,
no requieren ninguna modificación en la estructura
del firme, con la consiguiente reducción de costes.
Esta tecnología es muy versátil ya que permite
la aplicación del producto fotocatalítico
directamente en el pavimento existente y/o
sobre cualquier otra superficie, al margen
de la tipología de la capa de rodadura.
Este tipo de sprays con propiedades fotocatalíticas
presentan propiedades de adhesividad con el
soporte y de durabilidad para soportar el desgaste
debido a las cargas de tráfico y a los fenómenos
meteorológicos. Si bien, la durabilidad de estos
productos, aunque no es nada despreciable, en
Por otra parte, es posible que mediante el empleo
de esta tecnología se pierda cierto grado de textura
superficial en el pavimento por efecto de la percolación
de la lechada especial. Esta situación deberá ser
verificada, mediante la realización de ensayos in
situ en fase de construcción, una vez terminado el
producto y previamente a su puesta en servicio.
Caso de que se verificase una considerable reducción
de este parámetro, es recomendable llevar a cabo
un granallado sobre la superficie de rodadura final,
para mejorar la adherencia neumático-pavimento.
ningún caso es comparable a la obtenida mediante
la técnica de percolación que presenta una
durabilidad superior, tanto en términos de
eficiencia fotocatalítica debido al desgaste del
producto por el paso de las cargas de tráfico, y
no a la propia eficiencia fotocatalítica durante su
periodo de servicio, como en capacidad mecánica.
Algunas aplicaciones recientes en áreas con alta
intensidad de tráfico en Europa han demostrado
que estos productos pueden ser utilizados con
éxito en las áreas urbanas (Almazán, 2012).
El spray penetra en la mezcla bituminosa,
permitiendo conservar prácticamente inalteradas
las características superficiales de la capa de
rodadura, como la adherencia neumático-pavimento,
el color y eventuales características específicas,
como la capacidad drenante o fonoreductora.
Se trata de un producto premezclado y listo para
su aplicación que se lleva a cabo mediante una
maquinaria específica, dotada de un sistema
automático de pulverización, cuyo caudal
varía en función de la velocidad del camión.
La aplicación sobre la rodadura se
puede ejecutar mediante dos técnicas:
1. En caliente, sobre rodaduras de nueva ejecución,
tras su compactación y previamente a la apertura
al tráfico. Se aplica durante la fase de extendido
de la mezcla bituminosa, justo después del
extendido y primera compactación de la misma.
2. En frío, sobre pavimentos existentes, respetando
los tiempos de secado del producto antes de
la nueva puesta en servicio. Es aconsejable
realizar la aplicación por la noche, con objeto
de evitar afecciones al tráfico y a los usuarios.
Antes de la aplicación del producto, es necesario
limpiar la superficie de la rodadura o acera existente
con algún sistema de limpieza como agua a presión,
airecomprimido,barrido,etc.(RovitoyAlmazán,2012)
Proceso de extendido y percolación de lechada
fotocatalítica sobre un pavimento drenante
Proceso de pulverización de spray
fotocatalítico sobre pavimento existente

24. 24
L O S A S F O T O C A T A L Í T I C A S P A R A
P A V I M E N T A C I Ó N D E A C E R A S
Se trata de un pavimento, normalmente
de aceras peatonales, a partir de losas de
hormigón descontaminante, que dota a la
superficie exterior de un área ecoeficiente.
Estas losas fotocatalíticas se tratan de elementos
prefabricados a los que se añade el catalizador
dióxido de titanio como aditivo. Esto no produce
ningún efecto con respecto al comportamiento de
dichos elementos sin aditivos de dióxido de titanio.
Algunas de las ventajas de la utilización de
esta aplicación frente a otras aplicaciones de
recubrimientos fotocatalíticos superficiales son:
·Elevada durabilidad de la actividad fotocatalítica,
independientemente deldesgaste de los materiales.
·Elevada superficie específica en comparación
a otras soluciones, debido a la mayor
porosidad de los pavimentos de hormigón.
REVESTIMIENTO DE FACHADAS CON
MATERIALES CER ÁMICOS FOTOCATALÍTICOS
El revestimiento consiste en un material cerámico
porcelánico descontaminante, en forma de placas,
dotando al edificio de una envolvente ecoeficiente
capaz de reducir los gases NOx y disminuir el HNO3,
causantes de lluvia ácida presentes en el aire. Se trata
de un revestimiento con capacidad fotocatalítica
permanente , generalmente de placas prefabricadas.
La empresa española Ceracasa ha creado el producto
Bionictile, el cual ha recibido varios premios
nacionales. Cuyos resultados a los estudios realizados
determinan que una superficie de 1m2
de este material
elimina 270,91 microgramos de NOx cada hora.
Acabado final de losas fotocatalíticas de
hormigón prefabricadas
R E V E S T I M I E N T O D E F A C H A D A S
C O N M O R T E R O F O T O C A T A L Í T I C O
Se trata de un mortero tradicional que incorpora un
fotocatalizador, dióxido de titanio, y que se encuentra
dentro de la división de los morteros tradicionales.
Este recubrimiento fotocatalítico se trata de un
revestimiento superficial de pocos centímetros
de espesor. Este hecho no repercute en el efecto
fotocatalítico al ser utilizado en fachadas debido
a que no sufre desgaste superficial continua
como pasa en el caso de los pavimentos.
Además, al utilizar sólo el espesor necesario
para que la reacción sea efectiva supone una
reducción en el coste del material ya que el
soporte principal puede ser de un material
convencional al que se le aplica este tipo de revoco.
Ejemplo de superficie revestida con
materiales cerámicos fotocatalíticos
Ejemplo de superficie revestida
con mortero fotocatalítico

25. 25
I M P E R M E A B I L I Z A C I Ó N D E C U B I E R T A S
C O N P R O D U C T O S F O T O C A T A L Í T I C O S
Impermeabilización de cubiertas mediante lámi-
nas asfálticas autoprotegidas con un gránulo for-
mulado con dióxido de titanio en forma de anatasa.
AZULEJOS, BALDOSAS Y VIDRIOS FOTOCATALÍTICOS
El vidrio se recubre con dióxido de titanio, que
sometido a la luz ultravioleta ayuda en la oxidación
y descomposición de sustancias orgánicas.
El dióxido de titanio es normalmente de color blanco
por lo que cabe esperar que su uso como recubrimiento
de vidrios no fuese el adecuado. Para solucionar este
inconveniente se le da al recubrimiento un espesor
de aproximadamente 15 nm, obteniendo así la
transparencia necesaria para ser utilizado en vidrios.
Cuando estos vidrios están sometidos a la acción del
agua, ya sea por la lluvia o por el lavado intencionado, se
crea una lámina de agua delgada y plana en su superficie
gracias a la acción hidrofílica del recubrimiento. Esta
lámina es homogénea y no presenta gotas debido a
que las gotas que golpean el vidrio se atraen entre
sí, formando de esta manera una capa delgada de
agua. Esta capa ayuda a la limpieza del vidrio ya que
mejora su escorrentía y posterior secado, llevándose
las partículas de suciedad que pudiera encontrar.
En la actualidad la tecnología fotocatalítica
aplicada a vidrios se está utilizando para mejorar
la eficiencia de los cristales de los paneles
fotovoltaicos reduciendo su mantenimiento.
Impermeabilización en cubierta
mediante productos fotocatalíticos
PINTURAS EN POLVO FOTOCATALÍTICAS PARA
ENVOLVENTES METÁLICAS DE EDIFICACIÓN.
En el caso de las pinturas la capa que se aplica es
relativamente gruesa en comparación con la fina capa de
recubrimiento de los vidrios y baldosas. Sus propiedades
de autolimpieza se basan en los mismos principios
técnicos que en el caso de los vidrios autolimpiables.
El dióxido de titanio se utiliza como pigmento en pinturas,
y hasta ahora se utilizaba con partículas de tamaño
normal pero se ha comprobado una mejora en las
propiedadesfotocatalíticasdelapintura,siestepigmento
es añadido como partículas de tamaño nanométrico,
debido al aumentando de la superficie relativa.
En el caso de las pinturas, al igual que en los vidrios, se
le añade un efecto hidrófilo para mejorar la eliminación
de los depósitos de sedimentos en las superficies.
Este tipo de pinturas se puede aplicar a muchos
tipos de materiales base, incluyendo los metales.
Su incorporación a la envolvente del edificio lo
dota de una capacidad medioambiental activa.
Cuando los procesos de fabricación de estos materiales
base se realicen en fábrica, es recomendable añadir
en este punto los pigmentos de dióxido de titanio
consiguiendo así la propiedad fotocatalítica desde
la matriz y no como un simple recubrimiento de
pintura. Realizando este proceso desde su creación,
se podrían utilizar estos materiales, como por ejemplo
paneles metálicos, tanto para acabados de fachada
como para otro tipo de uso como para mobiliario.
Envolvente metálica revestida con
pintura en polvo fotocatalítica
Vidrio con propiedades
fotocatalíticas e hidrófilas

26. 26
ISLA
FOTOCATALÍTICA
El concepto de Isla fotocatalítica, consiste en la aplicación
de productos fotocatalíticos sobre una zona muy localizada,
que puede ser una calle o un barrio, donde se den cita todas
las aplicaciones anteriormente mencionadas, de tal forma
quesecreeunaespeciede eco-barrioocalledescontaminante,
en el que tanto las envolventes de edificaciones como
pavimentos rodados, pavimentos peatonales y mobiliario
urbano estén realizados con materiales fotocatalíticos.
Este concepto se encuentra íntimamente relacionado
con la idea de las smart cities que aunque van más allá de
estas aplicaciones, parten de la base de crear espacios
que mejoren la eficiencia energética en las ciudades.
Estos espacios dentro de las ciudades consiguen niveles
muy bajos de contaminantes a través de una construcción
sostenible mediante el uso de materiales fotocatalíticos para
así reducir los niveles de contaminación urbana, llegando
en ocasiones a reducciones del 50% (Faraldos et al., 2012).
Este concepto se podría aplicar sobre calles o
barrios ya existentes, a nivel de conservación y
mantenimiento, o bien sobre nuevas urbanizaciones.
El planteamiento de utilizar materiales fotocatalíticos
en todas las envolventes y paramentos de nuestros
barrios y ciudades, aunque nuevo en España, ya se viene
utilizando desde hace tiempo en otros países como Japón.
Además, esta idea está estrechamente relacionada
con la idea de autosuficiencia de la ciudad, la
cual se basa en la utilización de los recursos de
la manera más eficiente para brindar servicios.
En el caso de infraestructuras existentes, en el caso de
los pavimentos, podrían aplicarse sprays sobre el firme
o la acera existente, siempre y cuando se encuentren
en buen estado y sin necesidad de colocar pavimentos
nuevos. También utilizando pinturas fotocatalíticas
y repintado sobre el mobiliario urbano (a nivel de
conservación), rehabilitación de fachadas existentes con
losas fotocatalíticas o impermeabilización de cubiertas
existentes. De esta forma un barrio o calle actual podría
ser convertido fácilmente en una isla fotocatalítica
rehabilitando y reconvirtiendo elementos convencionales
en elementos fotocatalíticos mediante revestimientos
o rehabilitaciones (Faraldos et al., 2012).
En el caso de nuevos planes urbanísticos o la creación
de nuevas calles o urbanizaciones a menor escala,
tendría más sentido incorporar directamente en los
proyectos de construcción este tipo de materiales
fotocatalíticos directamente, con el objetivo principal
de respirar un aire más limpio dentro de una ciudad,
zona o barrio con problemas de contaminación
o para no llegar a tenerlos en ningún momento.
Si bien esta propuesta de núcleos limpios en
nuestras ciudades supone un gran avance frente
al problema de la contaminación hay que seguir
teniendo en cuenta la mejor situación y solución
del sistema a adoptar, dependiendo del estado de
conservación, ubicación, orientación, etc. en el caso
de barrios o zonas ya existentes, así como integrar
las medidas fotocatalíticas a adoptar desde la
primera idea de proyecto para asegurar la eficacia y
el buen funcionamiento del proceso descontaminante.
Actualmente muchas ciudades están tomando
conciencia del problema que supone la contaminación
para las personas en los núcleos urbanos, por lo
que muchos Ayuntamientos ya están reforzando el
uso de elementos fotocatalíticos como una de las
tecnologías esenciales en el desarrollo urbanístico.
En esta línea el Ayuntamiento de Barcelona ha
adoptado los productos fotocatalíticos dentro de todos
los pliegos de licitación de pavimentos en la ciudad.
Además, muchas zonas de la ciudad ya cuentan
con este tipo de pavimentos en sus calles.
En el caso de Madrid también se están
adoptando medidas para la inclusión de
los materiales fotocatalíticos en las nuevas
construcciones, sobre todo a nivel de pavimento
rodado, donde ya existen varios ejemplos.
Actualmente como ejemplo de Isla fotocatalítica
existe el denominado eco-barrio de la
Rosilla ubicado en el Ensanche de Vallecas.

27. 27
E C O B A R R I O L A R O S I L L A
El Ecobarrio de La Rosilla, actualmente en
ejecución, se enmarca en la iniciativa de
la Empresa Municipal de Vivienda y Suelo
del Ayuntamiento de Madrid (EMVS) en un
programa piloto sobre barrios ecológicos
y sostenibles, que junto a otros barrios
de la ciudad, expresa la voluntad de
aplicar criterios de sostenibilidad desde el
primer momento de su diseño, ejecución,
gestión y mantenimiento. Esta iniciativa
marca un nuevo impulso innovador
para Madrid en uno de los campos más
sensibles para el futuro de la ciudad.
El objetivo de la operación es convertir una
superficie de 98.000 m2
en 400 viviendas
para más de 1300 personas que conformen
una comunidad urbana sostenible, porque
es en la escala urbanística, la escala del
diseño del barrio, en la que se deciden
los temas esenciales en relación con la
sostenibilidad y eficiencia energética de
los edificios: empezando por su adecuada
orientación solar, la adopción de topologías
edificatorias capaces de un mayor grado
de autosuficiencia energética y disposición
de volúmenes y espacios públicos capaz de
constituir algo más que meros conjuntos
habitacionales, verdaderas comunidades,
robustas y socialmente cohesionadas.
Actualmente, se han instalado losetas
fotocatalíticas para pavimento peatonal,
adoquines fotocatalíticos para zonas de
aparcamiento, y pavimento con spray
fotocatalítico para el tráfico rodado. Está
previsto que la segunda fase, que se llevará
a cabo proximamente, esté dedicada a
la edificación aplicándose los materiales
fotocatalíticos a fachadas y cubiertas.
Este proyecto trata de experimentar un
nuevo concepto de microciudad autónoma,
energéticamente autosuficiente, que se
sustente en una estrecha relación con el
medio en que se sitúa, el empleo generalizado
de tecnologías avanzadas y el establecimiento
de un marco distinto de relaciones urbanas
orientadas a favorecer su habitabilidad.
Ecobarrio La Rosilla, Madrid

28. 28
PROYECTO DE INNOVACIÓN Y DESARROLLO
TECNOLÓGICO EN MATERIA DE FOTOCATÁLISIS
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DEL AIRE AMBIENTE:
APLICACIÓN DE PAVIMENTOS Y REVESTIMIENTOS
SOSTENIBLES PARA LA DESCONTAMINACIÓN DEL
AIRE MEDIANTE LA ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE
NITRÓGENO EN EL DISTRITO DE VILLAVERDE.
Este proyecto plantea la puesta en marcha de
estrategias innovadoras de regeneración urbana
y reducción de desequilibrios territoriales,
mediante un conjunto de actuaciones que están
financiadas por Fondo Europeo de Desarrollo
Regional, FEDER, de la Unión Europea a través de la
Iniciativa URBANA, con una duración de 20 meses.
La Iniciativa URBANA Villaverde constituye un proyecto
multidisciplinar que, bajo un enfoque integrado,
desarrolla acciones en los ámbitos medioambiental,
económico, social, infraestructuras, etc., para
favorecer un desarrollo sostenible y equilibrado.
Su objetivo principal es la de implantar pavimentos
descontaminantes y evaluar su actividad
fotocatalítica. Las superficies de aplicación son:
·20.000m2
en aceras y calzadas mediante emulsión
fotocatalítica.
·2.000m2
de baldosas y adoquines.
·3.000m2
de pintura de túnel.
Tras su aplicación se tomarán ensayos y se
elaborar un procedimiento para determinar
la eficacia fotocatalítica de estos elementos.
Las aspiraciones de este plan son investigar en
el desarrollo de nuevos materiales destinados
a renovar los distintos pavimentos de la ciudad
(calles, aceras, etc.), Los cuales mediante
procesos de fotocatálisis contribuyen a la
reducción de la contaminación ambiental.
Así como, ensayar con diferentes pavimentos en
tramos de características distintas ligados a un
estudio detallado durante un tiempo determinado
para conocer la efectividad, usos, reacciones y efectos
secundariosdeformaquesedispongadelainformación
necesaria para decidir sobre la aplicación de estos
productos a mayor escala en otras zonas de la ciudad.
Los 25.000m2
de pavimentos que el proyecto
pretende instalar sirven como muestra
para la caracterización de estos fines.
Además de estas medidas este proyecto engloba
varias medidas para la revitalización del barrio
diferenciadas en distintas líneas de actuación.
P R O Y E C T O L I F E - P H O T O S C A L I N G
Este proyecto se aprobó para cofinanciación por parte
de la Comisión Europea en el año 2014. Está coordinado
por el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo
Torroja (IETcc-CSIC) con el Ayuntamiento de Madrid y
la Universidad Politécnica de Madrid como los otros
participantes del proyecto, con una duración de 5 años.
La base para la aplicación de este proyecto está en
que los costes y los problemas de salud debidos a la
contaminación son uno de los principales problemas
con los que se encuentran las administraciones
públicas. Los costes de contaminación suponen
más de 100 billones de euros a nivel europeo
(EEA, 201). Además, este problema puede llegar
a reducir en 8,6 meses la esperanza de vida de
las personas (World Health Organization, 2012).
Sus objetivos son: demostrar la validez de la tecnología
fotocatalítica en pavimentos estableciendo los
parámetros e instrumentos necesarios para trasladar
estosmaterialesdesdeellaboratorioalaaplicaciónreal.
Se realiza mediante el desarrollo de una herramienta
de soporte a la toma de decisiones que permite la
evaluación de las distintas soluciones en los distintos
ambientes en relación con la eficiencia fotocatalítica,
durabilidad intrínseca del material y posibles
efectos perjudiciales. Así, se facilitará y fomentará
la implementación de esta tecnología como medio
de mejorar la calidad del aire en nuestras ciudades.
Estos resultados se conseguirán a través
de dos plataformas de pruebas a escala de
planta piloto que debido a su diferencia de
ubicación permitirá el control del modelo.
Enmarcado en este proyecto el Ayuntamiento de
Madrid lanzará una convocatoria pública ofreciendo
a los productores europeos de pavimentos
fotocatalíticos, la posibilidad de suministrar sus
productos para las plataformas de demostración.
Además se llevarán a cabo varias acciones de
implementación entre las que se encuentran la
selección de componente para las plataformas de
demostración, la construcción de las mismas y el
desarrollo de sus prototipos. Además su evaluación
basada en indicadores y las acciones de monitorización,
comunicación, diseminación y gestión necesarias.
Los resultados que se esperan de este proyecto es
una progresiva implementación de la tecnología
con un impacto de reducción de los óxidos de
nitrógeno contaminantes de entre un 5 y un 15%
tras 5 y 10 años tras la finalización del proyecto.
Este proyecto recoge muchas de las incógnitas que
la materia plantea hoy en día y más en concreto
enfocado a la aplicación de pavimentos fotocatalíticos.

29. 29
FACTORES
A CONSIDERAR
EN LA APLICACIÓN DE
ELEMENTOS FOTOCATALÍTICOS
FACTORES INFLUYENTES EN LA DURABILIDAD
EN LOS MATERIALES FOTOCATALÍTICOS
P R I N C I P I O A C T I V O O C A T A L I Z A D O R
Dentro de la elección y utilización de los
catalizadores disponibles en el mercado,
encontramos distintas calidades en el producto.
La calidad del catalizador elegido está
estrechamente relacionado con la efectividad
de la reacción y con la durabilidad de la misma.
De tal manera que existen productos con una mala
calidad en el catalizador que no se llega a producir
la reacción fotocatalítica o se produce obteniendo
unos resultados casi imperceptibles y, por lo tanto, no
pueden ser considerados materiales fotocatalíticos.
P R O C E S O D E F A B R I C A C I Ó N
Elprocesoindustrialmedianteelcualsefabricanloselementos
fotocatalíticos debe de tener unas buenas garantías y una
calidad óptima para que la reacción no se vea afectada y
tenga una buena efectividad, dando lugar a materiales fiables
y de la calidad necesaria para llevar a cabo su cometido.
P U E S T A E N O B R A
Los procesos de puesta en obra deber ser procesos
controlados y realizados por mano de obra cualificada
que consiga la adherencia adecuada al soporte ya que una
mala puesta en obra puede conseguir reducir el efecto
fotocatalítico de un producto testado y con buenos resultados
en fábrica pero con un resultado pésimo una vez aplicado.
C A L I D A D D E L O S M A T E R I A L E S A U X I L I A R E S
Hay que estudiar el soporte sobre el que se aplica
el efecto fotocatalítico debido a que el principio
fotocatalítico tiene varias formulaciones en función
de la aplicación y del soporte sobre el que se aplica.
F O R M A C I Ó N D E N I T R I T O S Y N I T R A T O S
La formación de nitratos y nitritos originados en la
reducción de la contaminación de óxidos de nitrógeno
en aire, tanto en materiales con recubrimientos
superficiales fotocatalíticos como en cementos para
infraestructuras urbanas, da lugar a concentraciones
muy poco significativas de estos compuestos. Estos
valores representan concentraciones de nitratos
en aguas prácticamente despreciables o apenas
cuantificables a la hora de tratar los residuos acuosos
de zonas urbanas en estaciones depuradoras de
aguas residuales, como ya habíamos adelantado.
A modo de ejemplo, si tenemos en cuenta la ciudad
de Madrid España, con una población de 3.265.038,
con un consumo de agua diario de 979.511,4 m3
/
día, y considerando una superficie fotocatalítica
de 1.000.000 m2
, donde se aplicaría el efecto
fotocatalítico estudiado, se podrían llegar a formar
en torno a 0,06g/m2
de nitratos en función del
material fotocatalítico utilizado (CARTIF, 2014).
Este dato sobre los nitritos y nitratos
superficiales generados podría dar lugar a
una concentración en agua de 1,47 mg/L.
El resultado se puede considerar despreciable si
tenemos en cuenta que el límite para consumo
humano de nitratos es de 50 mg/L (RD 140/2003).
Si no se siguen los protocolos de conservación
y mantenimiento mediante lavados periódicos y
controlados, puede producirse una saturación
de la superficie por exceso de nitratos y nitritos.
En el caso de exposiciones muy prolongadas,
puede aparecer un cierto grado de
nitrificación en su superficie, bloqueando
así el efecto de la luz sobre el catalizador.
Esto conllevaría la consiguiente perdida parcial
o total de su actividad fotocatalítica a lo largo
del tiempo, denominada comúnmente como
desactivación del catalizador (Shen et al., 2012).
Su posible regeneración para recuperar de
nuevo sus propiedades fotocatalíticas depende,
en gran medida, del tipo de mecanismo
que originó esta pérdida de actividad.

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En primer lugar, si la desactivación del catalizador ha
tenido lugar por ensuciamiento de la superficie del
fotocatalizador, éste podría ser regenerado “in situ”
mediante lavados periódicos con agua, recuperando
de nuevo sus propiedades fotocatalíticas.
Sin embargo, cuando el material fotocatalítico es
sometido a altas concentraciones de óxidos de
nitrógeno durante periodos muy prolongados de
tiempoenausenciadelluvias,podríallegaratenerlugar
un fenómeno químico que diese lugar a una pérdida
permanente de sus propiedades fotocatalíticas
(Richarson, 1989), denominado desactivación
química permanente del material fotocatalítico,
que difícilmente podría ser regenerado para
recuperar de nuevo sus propiedades fotocatalíticas
Para evitar este fenómeno de desactivación
química permanente, sería necesario establecer
un protocolo de lavados periódicos y controlados,
que evitasen la adsorción prolongada de elevadas
concentraciones de nitratos, eliminado de este
modo parte o todos los nitratos adsorbidos
en su superficie con las aguas de lavado.
No obstante, se obtienen diferencias significativas
en el rendimiento fotocatalítico de eliminación
de NOx según se trate un recubrimiento
fotocatalítico o de un cemento fotocatalítico
para infraestructuras urbanas (Dylla et al., 2010
A B R A S I Ó N S U P E R F I C I A L
Los pavimentos fotocatalíticos tienen la ventaja
de mitigar las emisiones procedentes del tráfico
debido a su proximidad a elevadas concentraciones
de contaminantes y su gran superficie de contacto.
Sin embargo, las nanopartículas que contienen
pueden ser liberadas al ambiente por abrasión
debida al tránsito o por erosión climatológica y se
pueden propagar en forma de aerosol o suspendidas
y arrastradas por el agua, por tanto su estudio
debería incluir todo el ciclo de vida (Dylla et al., 2012).
La presencia de dióxido de titanio en las aplicaciones
sobre pavimentos percolados, además de reducir los
niveles de contaminantes en el aire urbano, también
contribuye al aumento de la durabilidad de la capa
de rodadura, pues desarrolla una alta capacidad
mecánica y una buena resistencia al ataque de
productos químicos y al envejecimiento del ligante,
además reduce los fenómenos de sobrecalentamiento
de los núcleos urbanos (Almazán et al., 2012).
Aunque el uso de nanopartículas en la producción
de materiales con propiedades fotocatalíticas
puede provocar una pequeña liberación de
las mismas al medio ambiente. Es durante la
fabricación de nanopartículas y su aplicación
mediante mezclado en seco, spray, etc cuando se
produce el máximo riesgo para la salud humana.
Se han realizado ensayos de laboratorio comparando
actividades similares con y sin el empleo de
nanopartículas de óxido de titanio, analizándose el
tamaño de las partículas generadas y liberadas al
entorno sin que se haya relacionado su utilización
con un detrimento en la salud de los trabajadores.
Considerando que un proceso libera nanopartículas,
sí se identifica un incremento de la concentración de
las mismas comparado con el mismo proceso llevado
a cabo sin nanopartículas (Brouwer et al., 2009).
Se pueden utilizar agentes mitigantes durante el
proceso, por ejemplo, el empleo de agua durante la
manipulación de nanopartículas reduce la exposición
a las mismas (Dylla y col. 2012), esto es debido a
un incremento del tamaño medio de partícula.
Los recubrimientos fotocatalíticos tienen la ventaja de
inmovilizar las nanopartículas en un soporte y por tanto,
limitar su liberación al medio ambiente. La adhesión del
recubrimiento al soporte proporciona una evaluación
de las nanopartículas liberadas (Chen et al., 2011).
Los tests de envejecimiento en laboratorio demuestran
un mayor deterioro para los recubrimientos de
mayor espesor, con pérdidas de la adhesión ligado
a una disminución de actividad fotocatalítica.
Esta liberación de partículas del recubrimiento
podría decrecer y estabilizarse después de las
primeras semanas de uso como se ha observado
previamente en pinturas (Olabarrieta et al., 2012).
Hasta ahora, la aplicación del fotocatalizador
mediante spray presenta eficiencia en cuanto a
costes y propiedades de adhesividad con el soporte
y durabilidad frente a cargas de tráfico y fenómenos
meteorológicos. La pérdida de actividad fotocatalítica
en estos materiales está íntimamente ligada a la
curva de desgaste de los áridos gruesos, o lo que es
lo mismo, a la resistencia de los mismos al pulimento
acelerado motivado por el paso del tráfico (Almazán et
al., 2012). Por lo que deben desarrollarse aplicaciones
sencillas de mantenimiento y restauración con el fin de
garantizar la durabilidad de la actividad fotocatalítica.
A D I C I Ó N D E C O L O R
Los materiales de construcción con propiedades
fotocatalíticas mantienen su actividad cuando el
soporte es coloreado. Los colorantes empleados en la
formulación deben de ser pigmentos inorgánicos para
evitar la degradación de la propia molécula orgánica
y, por tanto, la pérdida de su capacidad colorante
debido a la actividad fotocatalítica (Italcementi, 2012).
Los pigmentos a base de óxidos de hierro se han
aplicado recientemente a fotocatalizadores muy

31. C A S O S P R Á C T I C O S
MÉTODOLOGÍA
La metodología utilizada para la realización
y desarrollo de este trabajo se basa en:
En primer lugar, efectuar un estudio bibliográfico previo
en el que se tratan las cuestiones relacionadas con los
temas conceptuales del trabajo desde la explicación
de la reacción base del principio fotocatalítico hasta
la clasificación, aplicación y factores determinantes
de los elementos arquitectónicos fotocatalíticos y,
en concreto, de las envolventes fotocatalíticas.
En segundo lugar, realizar un estudio de dos casos
prácticos, los cuales se encuentran en distintas fases:
El primero el proyecto Arturo Soria Urban Resort,
ganador del concurso para el Hotel Arturo Soria Suites
en Madrid, de Julia Ayuso y Antonio Martínez, el cual,
actualmente, se encuentra en la fase de proyecto. Del
cual se analizará en concreto, lo relativo a la motivación
del uso de mortero fotocatalítico en una de las fachadas
del proyecto, su representación y discurso a nivel
de planos o paneles presentados al concurso y las
consideraciones tomadas para su posterior ejecución.
El segundo, se trata de un proyecto ya construido,
la Parroquia Iesu de Rafael Moneo en San Sebastián
del que se analizará el sistema de ejecución de los
materiales fotocatalíticos en el proyecto y el posible
estudio de la efectividad del efecto fotocatalítico
tras el paso de los años desde su construcción.
“(...) ante eso tenemos dos maneras de actuar. Bien aceptar que el tiempo actúa
sobre las cosas , como decía Goya: el tiempo también pinta, o sino buscar algún
tipo de mejora constructiva, que evacuase el agua sin dar lugar a que el polvo
barra y deje la huella marcada del agua”.
Rafael Moneo, sobre el acabado inalterable de la fachada