Post on 05-Oct-2020
EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE UN ASFALTO 60/70 AL APLICAR NANOPARTÍCULAS DE DIÓXIDO
DE TITANIO
Convenio Marco Ecopetrol-UPB, Acuerdo 091 Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga
2 Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga2 Coinvestigador Acuerdo 09, Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga
3 Instituto Colombiano del Petróleo, ECOPETROL-ICP 4 Experta Acuerdo 09, ECOPETROL-UPB
Saavedra, A.1; Correa, S.2; Núñez, B. 2; Patiño, E.3 ; Herrera, A. 4
Introducción
Metodología
Resultados
Conclusiones
Agradecimientos
AGENDA
INTRODUCCIÓN
Nanopartículas
PinturasFungicida en cultivos vegetales
Tratamiento de aguas residuales
Conservación de alimentos
Medicina
Electrónica
(Lira-Saldivar, Hernández-Suárez, Corrales-Flores, 2014)
Transporte de crudos
(Ospina, 2015)
Modificador de asfaltos y mezclas
asfálticas
(Zou, Sha, Ding, Tan, & Huang 2017
INTRODUCCIÓN
Nanopartículas de Carbono, Óxido de zinc, Óxido de titanio (Zou, Sha, Ding, Tan, & Huang 2017)
Mejoramiento de propiedades del asfalto(Zhang, Gao, Guo, Zhao, & Yu 2018)
Resistencia del asfalto envejecido por oxidación(Fini, Hajikarimi, Rahi, & Moghadas, 2016)
PROBLEMA
¿Podrán las nanopartículas sintetizadas a partir de extractos vegetalesoptimizar las propiedades mecánicas (penetración, ductilidad, punto deablandamiento) de un asfalto al igual que lo hacen las nanopartículassintetizadas por métodos químicos?
OBJETIVOEvaluación de las propiedades mecánicas de un asfalto modificado connanopartículas de dióxido de titanio sintetizadas por química verde por medio deun extracto vegetal.
METODOLOGÍA
Síntesis y Caracterización de las Nanopartículas de TiO2
Caracterización inicial del Asfalto
60/70
Modificación del asfalto 60/70 con
Nanopartículas de Dióxido de Titanio
Caracterización del Asfalto modificado
Síntesis y Caracterización de las Nanopartículas de TiO2
Obtención Extracto Vegetal
Síntesis de NPs TiO2 a
partir de un extracto vegetal
NPs TiO2
- SEM
- TEM
(Solano, Herrera, Maestre, & Cremades, 2019)
Obtención Extracto Vegetal
Lavado, secado (entre 50 a 70°C) y TrituradoExtracción Soxhlet
(Solano, Herrera, Maestre, & Cremades, 2019)
Síntesis de las Nanopartículas de TiO2
Química Verde Asistida por Ultrasonido
UltrasonidoPrecursor + Extracto Centrifugación de NPs Obtención de NPs TiO2
(Solano, Herrera, Maestre, & Cremades, 2019)
Caracterización Inicial del Asfalto 60/70
Penetración DuctilidadPunto de ablandamiento
Punto de Inflamación y Combustión
(INVIAS, 2013)
Modificación de Asfalto 60/70 con Nanopartículas de Dióxido de Titanio
Preparación del asfalto
Preparación del nano fluido
Agitación y calentamiento
del asfalto 60/70 por un tiempo
Incorporación del nano fluido
en el asfalto 60/70
Agitación y calentamiento
adicional del asfalto modificado
(AEPEF, 2018)
Caracterización del Asfalto Modificado
Penetración DuctilidadPunto de ablandamiento
Punto de Inflamación y Combustión
(INVIAS, 2013)
RESULTADOS
Caracterización de Nanopartículas TiO2 por SEM
Figura 2. Caracterización elemental NPs-TiO2 obtenidas por SEM-EDX(Lab. Nanociencia y Nanotecnología UPB-Bga).
Figura 1. Micrografía de Nanopartículas de TiO2
sintetizadas por química verde obtenidas pormicroscopia electrónica de barrido. (Lab.
Nanociencia y Nanotecnología UPB-Bga).
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
14,3
8
16,0
4
17,9
5
22,6
7
25,1
9
27,6
8
27,8
8
28,8
4
31,1
7
33,1
4
35,0
3
35,1
5
36,3
8
38,2
8
38,8
1
39,0
4
39,2
6
Frec
uen
cia
Tamaños (nm)
Figura 3. Distribución de tamaños obtenidas para nanopartículas de TiO2
sintetizadas por Química Verde.
Elemento Masa (%)
Carbon 1.95
Oxígeno 49.25
Titanio 47.81
Calcio 0.99
Caracterización de Nanopartículas TiO2
TEM
Figura 4. Micrografía de Nanopartículas de TiO2
sintetizadas por Química Verde obtenidas porMicroscopia electrónica de Trasmisión (TEM).
Figura 5. Formación Cristalina de TiO2
anatasa obtenidas por Microscopiaelectrónica de Trasmisión (TEM).
Caracterización Asfalto 60/70
Ensayo Resultado Min Max Norma
Penetración69 60 70 INV E – 706 – 13
Ductilidad118 cm 100 - INV E – 702 – 13
Punto de Ablandamiento 51.1°C 48 54 INV E – 712 – 13
Punto de Inflamación 285°C 230 - INV E – 709 – 13
Punto de Combustión 339°C - - INV E – 709 – 13
(INVIAS, 2013)
Tabla 1. Propiedades físicas y mecánicas del asfalto inicial 60/70.
Obtenidas en Laboratorio de Geotécnia y Pavimentos, Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga
Caracterización Asfalto Modificado
Ensayo
Resultado
Asfalto inicial
60/70
Resultado
Asfalto
modificado NPs
Norma
Penetración 69 242 INV E – 706 – 13
Ductilidad 118 cm 150 cm+ INV E – 702 – 13
Punto de
ablandamiento51.1°C 38°C INV E – 712 – 13
Punto de inflamación 285°C 260°C INV E – 709 – 13
Punto de Combustión 339°C 340°C INV E – 709 – 13
(INVIAS, 2013)
Tabla 2. Comparación de propiedades físicas y mecánicas del asfalto modificado con NPsTiO2.
Obtenidas en Laboratorio de Geotécnia y Pavimentos, Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga
El tamaño de las nanopartículaspueden interferir en la estructuraquímica del asfalto, afectando lasinteracciones de Van Der Waals (Zhang,
Gao, Guo, Zhao, & Yu, 2018)
Desestabilizando estas fuerzashaciendo que la penetraciónaumente y disminuya suconsistencia rígida. (Zhang, Gao, Guo, Zhao, & Yu,
2018)
CONCLUSIONES
•Las nanopartículas de dióxido de titanio fueron sintetizadas a partir de unextracto vegetal. Las imágenes del SEM y EDS comprobaron la formación delas nanopartículas TiO2 de forma semiesférica con un tamaño promedio de29nm.
•La modificación del asfalto 60/70 se logró por medio de un nano-fluidocon nanopartículas de dióxido de titanio sintetizadas a través de unextracto vegetal.
•El asfalto presentó un aumento en la ductilidad y penetración clasificándolo como 200/300, obteniendo un asfalto blando.
CONCLUSIONES
El tamaño de las nanopartículas (29nm) de TiO2 sintetizadas a partir de unextracto vegetal, pueden afectar la estructura del asfalto desestabilizándolo,aumentando su ductilidad y disminuyendo su rigidez.
Las propiedades del asfalto modificado con NPs TiO2 a partir de unextracto vegetal a la concentración utilizada, no cumplen con lasespecificaciones de la norma para un asfalto de pavimentación al sermuy blando.
La concentración de nanopartículas sintetizadas a partir de un extractovegetal utilizadas para la modificación del asfalto no presentó un efectopositivo. Este resultado se cree que es debido a que las NPs afectan laestructura de las resinas responsables de la dureza del asfalto.
EN CURSO
•Se evaluarán diferentes concentraciones de nanopartículas dentro delasfalto para conocer la influencia de estas en el ligante.
•Se realizarán más ensayos y análisis al asfalto modificado como:viscosidad, FTIR, SEM, para analizar el efecto de las nanopartículas en elasfalto tanto mecánica como quimicamente.
• Pruebas comparativas con nanopartículas comerciales vs nanopartículas obtenidas por química verde
• Fini, E. H., Hajikarimi, P., Rahi, M., & Moghadas, F. (2016). Physiochemical, Rheological, and Oxidative Aging Characteristics of AsphaltBinder in the Presence of Mesoporous Silica Nanoparticles. Journal of Materials in Civil Engineering, 25(October), 864–870.https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533
• INVIAS. Secciones 700 y 800-materiales y mezclas asfálticas y prospección de pavimentos (primera parte) (2013). Retrieved fromhttp://dw.crackmypdf.com/0143403001534169412/Secciones 700 y 800 (primera parte).pdf
• Lira-Saldivar, R. H., Hernández-Suárez, M., & Corrales-Flores, J. (2014). Nanotecnología en agricultura sustentable. Centro deInvestigación En Química Aplicada, 44. Retrieved from http://www.fan.org.ar/wp-content/uploads/2014/05/Nanotecnologia-y-agricultura-sustentable.pdf
• Solano, R. A., Herrera, A. P., Maestre, D., & Cremades, A. (2019). Fe-TiO2 Nanoparticles Synthesized by Green Chemistry for PotentialApplication in Waste Water Photocatalytic Treatment . Journal of Nanotechnology, 2019, 1–11.https://doi.org/10.1155/2019/4571848.
• Zhang, H., Gao, Y., Guo, G., Zhao, B., & Yu, J. (2018). Effects of ZnO particle size on properties of asphalt and asphalt mixture.Construction and Building Materials, 159, 578–586. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.11.016
• Zou, X., Sha, A., Ding, B., Tan, Y., & Huang, X. (2017). Evaluation and Analysis of Variance of Storage Stability of Asphalt BinderModified by Nanotitanium Dioxide, 2017, 12. https://doi.org/10.1155/2017/6319697.
• Ochoa, Y., Ortegón, Y., Vargas, M., & Páez, J. E. R. (2009). SÍntesis de TiO2 , fase anatasa, por el método pechini. y materiales. Revistalatinoamericana de matalurgia, 1(3), 931–937. Recuperado a partir de www.rlmm.org/archives.php?f=/archivos/S01/N3/RLMMArt-09S01N3- p931.pdf
• Ospina, N. A. (2015). NANOFLUIDOS PARA MEJORAMIENTO IN - SITU DEL CRUDO PESADO.
AGRADECIMIENTOS