Nano International Forum Monterrey
8-9 de noviembre 2017
MSc Víctor Mario López [email protected]
Dr. Azael Martínez de la [email protected]
UANL & THERMOTEK Synergy.
The Development of Eco Friendly Technological Products.
Innovación en Thermotek
1994 Contribuyó con su nuevo producto a el nuevo cambio de paradigma.
1997 Para obtener una eficiente estructura de costos vio la posibilidad de
integración vertical con el desarrollo de resinas.
2002 Se continúa innovando para mejorar el posicionamiento de marca y
mejorando la estructura de costos.
2003 Se hace una Joint Venture con la Española Asfaltos Chova para la
fabricación de membranas.
2008 Premio a la Innovación en Home Depot.
2
Puntos clave para la Innovación
Compromiso de la dirección con la innovación en todas las áreas de la empresa.
Tipos de innovación.– Producto (mejora a actuales, nuevo y existentes en mercado).
– Servicio (desarrollo de canales, distribuidores, y tiendas propias).
– Sistemas de aplicación (capacitación, nacionales y extranjeros).
– Comercial (aprobaciones, especificaciones, branding, precios).
– Costos (mejora continua para mejora de costeo, compras, procesos, fórmula).
Ciclos de innovación cortos.
Medir el “Innovation index” para ver la efectividad de laboratorio de I+D.
Entender el % de bateo de la innovación y maximizarlo por una adecuada planeación financiera y comercial del mismo.
3
Innovación de Producto
Incremental
Nuestros laboratorios equipo humano de alta especialización y equipados
con instrumentos.
Radical y disruptiva
Alianzas con Centros de Investigación (UANL) para acezar a personal
humano con grado de doctorado y equipamiento de avanzada.
4
Es un excelente medio para financiar proyectos de largo alcance y alto impacto.
2011-2016 hemos sido beneficiados con los fondos.
La UANL ha jugado un papel estratégico en nuestro modelo de innovación.
Desarrollo de la línea ecológica GREENTEK con propuestas innovadoras patentadas en las áreas del conocimiento de Nanotecnología, materiales compósitos, fotocatálisis.
Elevación de la innovación en la empresa por mejora del modelo o proceso de desarrollo de productos.
CONACYT, como fuente de financiamiento
5
Beneficios
Crecimientos en ventas sostenidos de 2 dígitos.
Aumento en portafolio de productos.
Creación de propiedad intelectual.
Visión de desarrollo de productos de mas largo alcance.
Equipo humano en la empresa altamente competente.
6
Protecting your home
Protecting your world
7
Scientific knowledge
Physical infrastructure
Post-graduate programs
UANL
Market leader
Prototype of products
Pilot plant scale up
Thermotek
Collaboration between UANL/THERMOTEK for the development of technology
with ecofriendly solutions.
Important objectives/benefits of the
UANL & Thermotek sinergy
8
Development of commercial products with sustainable value added.
Innovation in the national context for the introduction of a green technology.
Competitiveness with international companies.
Collaboration to the development of new products in the medium term.
UANL
Generation of scientific knowledge.
Increase the capabilities of the laboratories of the UANL.
Development of technology for formulation of building materials of
sustainable character.
Formation of human resources with a high scientific knowledge in
the field.
Thermotek
Action line
UANL - THERMOTEK
Towards a sustainable housing
2014 NOx removal
2015 Biocide
2016 SOx removal
Tax incentives following international models
50% discount in taxes of propertyby remotion 30% of pollution (CDMX)
9
Clean air
air
water
soil
The Starry Night, Vincent van Gogh (1889) Contaminated day
pesticides
plastics
oils and fats
drugs
pigments and dyes
solvents
particulate matter
O3VOC´s
NOxSOxPb
heavy metals
Green technology focused to
Environmental pollution
10
NOx
NOx gases are usually produced from the reaction among N2 and O2 during combustion of fuels, such as HC´s in air; especially at high temperatures. In areas of high motor vehicle traffic, such as in large cities, the nitrogen oxides emitted can be a significant source of air pollution.
Criteria air contaminants (CAC)
O3
11
Air contamination
human diseases
NOx control regulations for emissions and the quality of the air in México
NOM-042-SEMARNAT-2003 Límites
Máximos permisibles de Emisión para
vehículos que utilizan gasolina, gas licuado
de petróleo, gas natural y diesel.
NOM-050-SEMARNAT-1993 Niveles Máximos
permisibles de emisión de óxidos de nitrógeno para los
vehículos automotores en circulación
NOM-041-SEMARNAT-2006 Límites Máximos permisibles
de emisión de óxidos de nitrógeno para los vehículos de
pasajeros en circulación que usan gasolina como combustible,
en función del año-modelo
NOM-041-SEMARNAT-2006 Límites Máximos
permisibles de emisión de óxidos de nitrógeno para
camiones ligeros, camiones medianos y camiones
pesados en circulación que usan gasolina como
combustible, en función del año-modelo con placa local
y/o federal.
NOM-023-SSA1-1993 NO2
Establece un límite máximo permisible de
0.21 ppm promedio horario, la cual no debe
excederse más de una hora al año.
Comparativamente, en los Estados Unidos el
estándar federal establece un valor de 0.053
ppm promedio anual. La OMS recomienda un
valor de 0.021 ppm (40 µg/m3) para el
promedio anual y de 0.106 ppm (200 µg/m3)
para el promedio de una hora.
NOM-085-SEMARNAT-2011
NOM-076-SEMARNAT-2012
Fuente: SIMA (Sistema Integral de Monitoreo Ambiental)
Fuente: SIMA (Sistema Integral de Monitoreo Ambiental)
Fuente: SIMA (Sistema Integral de Monitoreo Ambiental)
13
Technologies available for NOx removal
16
NOx abatement
Primary ways
Fuel staging(reburning)
Air staging
Others
Secondary ways
Selective catalyticreduction (SCR)
Selective non-catalyticreduction (SNCR)
HeterogeneousPhotocatalysis
NOx
Photocatalysis and Photosynthesis:Nature and sustainable technology
photocatalyst
E
E
Chlorophyll
17Incorporation of NOx as nitrates
18
Typical mechanism of the NOx photooxidationby heterogeneous photocatalysis
TiO2
hν NO(g) NO2(g)
NO2-/NO3
-H2O
sun
1972
Discovery
Fujishima and Honda
1990´s
Proliferation of scientific literature
2000´s
Development of patents and
commercial products
19
Heterogeneous photocatalysisA history from Science to Technology
Heterogeneous photocatalysis and its market
20
Photocatalytic commercial products
Global market of photocatalytic products 2007 -2014.Applied Catalysis B: Environmental 170-171 (2015) 90–123
Application of patents developed for photocatalytic materialsApplied Catalysis B: Environmental 99 (2010) 448–460
2020
2,900
Puente Sarajevo, Barcelona, SpainPhotocatalytic concrete
Agustino mural 250m2, Lima, PerúPhotocatalytic paint
Milan, ItalyPhotocatalytic spray over sidewalks
Calle Cermak, Pilsen neighborhood, Chicago, USA
Photocatalytic cement withself-cleaning and de-pollution
properties
Prototype of buildings made with photocatalytic materials
Dives in misericordia church, Rome, ItalyPhotocatalytic white cement
21
Milan's Palazzo, ItalyPhotocatalytic white cement
Synthesis
semiconductor oxides
Tested of photocatalysts
Characterization
solid state reaction microwave
coprecipitation hydrothermal
structural optical properties
spectroscopytextural
air cleaning
water purification
Publication of results
thesis scientific papers
patents
congress
22
How do we work?
sol gel
Formulation
photocatalytic materials for
construction industry
WaterproofingStucco
Paints Concret
Industry vinculationCommercialstrategy
1
2
3
45
6
Characteristics of a good photocatalyst
23
Lowrecombination
of charges
Stability facecorrosion
Goodcompatibility
with
host matrix
Availabilityand low cost
Absorption
in the
Vis region
Nanometricparticle size
Potential application in materials of construction
Basic science
NO sensor CLD89p
photolytic converter PLC 860 NO2
NO
gas
humidifierdata adquisition
source of irradiation
rotameters
RH/Temp sensor
valves
Photocatalytic system for NOx photooxidation ISO 22197-1
25
Strategy for potential application of photocatalysts
Analysis of raw materials
Selection of the best photocatalyts
for the eliminación of NOx gases
Formulation of new materials of construction
(paints, cements, waterproofing) with
photocatalytic properties
2)
3)
4)
Performance of the photocatalytic
materials
ISO 22197-1:2007 & ISO 10678
Synthesis of new photocatalyts
UANL technology1)
Real and simulated weathering proofs5)26
TiO2
ZnO
WO3
Fe2O3
BiOI, BiOBr, BiOCl
Bi2MoO6
Bi2Mo3O12
BiVO4
PbMoO4
Two examples of application
Synthesis of TiO2/ sol gel
Synthesis of BiOI / coprecipitation
RSC Adv. 7 (2007) 36288-36296
TiO2 anatase with UV responsehigh photocatalytic activity
commercial production
BiOI with Vis responseeasy synthesis
27
Handbook of Ceramics Hard Materials 1 (2004)
Development of TiO2 with high photocatalytic activity
28
Sol gel route designed for enhanced the activity of TiO2
Experimental data Model
NO conversion degree (%) =
194.5 − 6.64𝐴 − 9.22𝐵 − 0.28𝐶 + 0.602𝐴𝐵 + 0.01254𝐴𝐶 + 0.0172𝐵𝐶 − 0.001242𝐴𝐵𝐶
Morphology and distribution of particle size(sample 16 vs TiO2 P-25)
SG 16P-25
Preferential crystalline orientationof planes with high polarity in TiO2 (100)
29
Photocatalytic waterproofing
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
NO
co
nve
rsio
n d
eg
ree
(%
)
time (min)
waterproofing withoutphotocatalyst
photocatalytic waterproofing
Formulation with active material
Conditioning and simulated weathering with UV
Active material exposed
Conversion degree (55%)
288 h
100 houses / 48 m2
clean air for 2020 people for one year
Calculation base: 8 h of sunshine/ 200 sunny days, 1ppm NO, OMS limits
30
Standard ISO 11341:2004
Synthetic TiO2/UANL
Photocatalytic stuccos
Photocatalytic stucco samples deposited over celluar concrete
NO conversion degree(%) for photocatalytic stucco(Q= 1 L·min-1, I=0.39 W·m-2).
NO conversion degree (%) for photocatalytic stuccounder simulated weathering in a Qsun chamber.
Photocatalytic stucco
Synthetic TiO2/UANL
NO conversion degree (%) for photocatalytic stuccounder real weathering.
31
metallic complex with EDTA
Development of BiOI photocatalyst with high photocatalytic activity
Photographic sequence of the formation of BiOI.
0 %
20 %
40 %
80 %
0 %
40 %
EDTAcontent
EDTA function:
Retarder of the reaction
Structural agent
X-ray diffraction of BiOI synthesised by co-precipitation.
Preferential
crystalline orienation
32
0 %
20 %
40 %
80 %
0 %
40 %
Cop
SEM images of BiOI samples.
Mechanism proposed of formation of BiOI samples.
EDTAcontent
Morphological and textural properties
4.3 m2 g-1
15.9 m2 g-1
36.7 m2 g-1
17.5 m2 g-1
0.9 m2 g-1
47.5 m2 g-1
33
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C/C
0
time, min
COP-00
MW00-10
MW20-08
MW40-06
MW80-02
COP-400.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0 10 20 30 40 50 60
C/C
0
time, min
MW40-06, <400 ppm water vapor
COP-40, <400 ppm water vapor
MW40-06, 70% RH
COP-40, 70% RH
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 60 120 180 240 300 360 420
C/C
0
time, min
MW40-06
COP-40
1st 2nd 3rd 4th
Photocatalytic activity of BiOI for NOx removal
Conversion degree (%) of NOx for BiOI samples. Conversion degree (%) of NOx for BiOI samples
under 70% of humidity
Photocatalytic cycles for BiOI COP-40 sample.
0
20
40
60
80
100
120
450 465 480 495 510 525 540 555 570 585 600
Inte
ns
ity,
a.u
.
wavelength, nm
MW20-08
MW40-06
MW80-02
COP-40
Low charge
recombination
Photoluminiscence measurement to determine
the recombination of charges
34
640 635 630 625 620 615 610
Binding Energy, eV
I3d
168 166 164 162 160 158 156
Binding Energy, eV
Bi4f
168 166 164 162 160 158 156
Binding Energy, eV
Bi4f
640 635 630 625 620 615 610
Binding Energy, eV
I3d
XPS analysis of BiOI samples (COP-0 and COP-40).
surface rich in
-OH
Selectivity NO3-
78%
Presence of Bi3-x due
to defects
Selectivity of the NO photooxidation
Accumulative mol obtained for nitrate and nitrite ions
before and after the irradiation
0 5 10 15 20 25 300
20
40
60
NO
co
nv
ers
ion
de
gre
e (
%)
time (min)
MI1SH-14D
MI5SH-14D
MI10SH-14D
Photocatalytic cement
XPS analysis of BiOI powders
NO conversion degree (%) for photocatalytic cement.
Specific achievements for UANL/Thermotek sinergy
35
1.-Preparación de óxido de titanio anatasa con propiedades fotocatalíticas y su uso en la eliminación de NOx.V.M.López Gallegos, H. Garza del Bosque, A. Martínez de la Cruz, E.Luévano Hipólito. Patente en trámiteMX/a/2015/001100 (2015).
2.-Impermeabilizante con actividad fotocatalítica para el abatimiento de contaminantes atmosféricos y su métodode preparación. V.M. López Gallegos, H. Garza del Bosque, A. Martínez de la Cruz, E. Luévano Hipólito.Patente en trámite MX/a/2015/001102 (2015).
3.- Material activo con actividad antimicrobiana a base de nanopartículas de óxido de fierro sintetizadas sobre unamatriz de TiO2 Anatasa. V.M. López Gallegos, H. Garza del Bosque, E. Reyes-Melo, A. García-Loera. Patente entrámite (2016).
4.- IDTi de catalizadores fotoreactivos al NOx, del proceso piloto de producción y su aplicación en impermeabilizantes acrílicos para mercados sustentables de exportación y de hipoteca verde nacional, Proyecto PROINNOVA 212775-CONACYT-THERMOTEK (2014).
5.- IDTi de nano-material antimicrobial aplicado en impermeabilizante para control de bacterias y hongos, Proyecto PROINNOVA 220424-CONACYT-THERMOTEK (2015).
6.-IDTi de material fotocatalizador para impermeabilizantes con eficiencia purificadora de aire disruptiva al SOx
para mercado Nacional y de exportación, Proyecto PROINNOVA 230825-CONACYT-THERMOTEK (2016).
7.-Photocatalytic activity of commercial TiO2 oxides in the oxidation reaction of nitric oxide,Congress communication in TechConnect World Innovation,Washington D.C (2015).
8.-Purificación de aire mediante oxidación fotocatalítica de gases contaminantes NOx: estudio de los fotocatalizadores TiO2 y ZnO. pHD Thesis Edith Luévano Hipólito (2015).
9.- Incorporación a planta Thermotek de Doctorantes graduados en UANL, Edith Luévano Hipólito (2015).
45 scientific papers in indexed journals
1 chapter of book
52 congress communications
4 phD Thesis (D. Sánchez Martínez-2010, U. Matías García-2011, D. Hernández Urésti-2013 & E. Luévano Hipólito-2015)
6 Msc Thesis (U. Matías García-2008, S. Obregón Alfaro-2009, E. Luévano Hipólito-2011, J.L. Olivarez Cortez-2015,K. Reyna Cavazos-2016,
E. Badillo Campos-2017)
2 Awards investigation UANL (2010 & 2013)
2 Awards for the best Msc Thesis in Engineering and Technology (2008 & 2009)
2 Projects CONACYT (2008 & 2011)
1 International colaboration project (2011)
Scientific and technological production associated
36
StudentsJuana María Montoya Zamora phD
Magaly Yajaira Nuñez Nava phD
Karen Adilene Reyna Fuentes phD
Rubí Ponce Rodríguez MSc
Collegues
Dr. Antonio García Loera
Dr. Enrique M. López Cuéllar
Dr. Edgar Reyes Melo
MSc Alvaro Rodríguez Ramos
37
Team group in UANL
Universidad Rey Juan Carlos, Madrid
Universidad Autónoma de Barcelona
Eindhoven University of Technology
Sun Moon University, Seúl
Universidad de la Serena, Chile
Daniel Sánchez Martínez, 2009
Ulises Matías García Pérez, 2010
Universidad de ConcepciónCecilia Sánchez Trindad, 2012; Xiomara L. García Montelongo, 2013
Proyecto CIAM 2010-2013;
Edith Luévano Hipólito, 2012
Sergio A. Obregón Alfaro, 2008; Diana B. Hernández Urésti, 2011
Collaboration and international vinculation
Universidad de PortoJuana María Montoya, 2015
38
Adolfo Henríquez Poblete, 2014
Adriana C. Mera Benavides, 2016
Universidad Federal de Santa MaríaEric da Cruz Severo, 2017
Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja Magaly Nava Núñez, 2018
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