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