Ciencia y Educación
(L-ISSN: 2790-8402 E-ISSN: 2707-3378)
Edición Especial
2024
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EVALUACIÓN DE LADRILLOS FOTOCATALÍTICOS CON ADICIÓN DE DIÓXIDO DE
TITANIO (TIO2) PARA CAPTURAR EL DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) EN LA REGIÓN
DE TACNA
EVALUATION OF PHOTOCATALYTIC BRICKS WITH THE ADDITION OF TITANIUM
DIOXIDE (TIO2) TO CAPTURE CARBON DIOXIDE (CO2) IN THE TACNA REGION
Autores: ¹Fabiola del Rocío Apaza Paredes, ²Alexsander Alexis Vargas Mamani y ³Albert Stony
Gamboa Zavala.
¹ORCID ID: https://orcid.org/0009-0003-3829-7655
²ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-4207-3000
3
ORCID ID: https://orcid.org/0009-0001-6930-8535
¹E-mail de contacto: fdapazap@unjbg.edu.pe
²E-mail de contacto: aavargasm@unjbg.edu.pe
³E-mail de contacto: agamboaz@unjbg.edu.pe
Afiliación: ¹* ²*
3
*Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, (Perú).
Articulo recibido: 3 de Julio del 2024
Articulo revisado: 15 de Julio del 2024
Articulo aprobado: 10 de Agosto del 2024
¹Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann
²Estudiante del VII ciclo de la carrera profesional de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann
³Ingeniero Ambiental y catedrático de la escuela de Ingeniera Ambiental de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann
Resumen
En la presente investigación se realizó ladrillos
fotocatalíticos compuestos de dióxido de
titanio (TiO
2
), tales ladrillos tienen la
propiedad de captar el dióxido de carbono
(CO
2
) del ambiente, y de esta manera contribuir
a nuestro planeta a la descontaminación de los
diferentes gases atmosféricos contaminantes,
causantes del calentamiento global. Tales
ladrillos fueron hechos inicialmente en un
tamaño de 5 cm3 a diferentes dosis 0, 3, 6 y 12
g de dióxido de titanio. Los resultados
demostraron que 3 g se tiene una captura de
139.6 ppm de CO
2
en promedio, con 6 g se
tiene una captura de 316.6 ppm y con 12 g una
captura de 631 ppm. Se evidencia que a medida
que aumenta la dosis, la captura de CO
2
también aumenta. Pero por costos se optó por
la dosis de 6 g para en proporcionalidades
fabricar un ladrillo a escala de venta de
20x40x15.
Palabras Clave: Fotocatalíticos, Dióxido de
titanio, Dióxido de carbono, Dosis, Ladrillo.
Abstract
In the present investigation, photocatalytic
bricks made of titanium dioxide (TiO
2
) were
made. These bricks have the property of
capturing carbon dioxide (CO
2
) from the
environment, and in this way contribute to the
decontamination of our planet from the
different polluting atmospheric gases, which
cause global warming. These bricks were
initially made in a size of 5 cm3 at different
doses of 0, 3, 6 and 12 g of titanium dioxide.
The results showed that 3 g captures 139.6 ppm
of CO
2
on average, with 6 g there is a capture
of 316.6 ppm and with 12 g a capture of 631
ppm. It is evident that as the dose increases, the
capture of CO
2
also increases. However, due to
costs, the dose of 6 g was chosen to
proportionally manufacture a brick on a sales
scale of 20x40x15.
Keywords: Photocatalytic, Titanium
dioxide, Carbon dioxide, Dose, Brick.
Sumário
Nesta pesquisa foram confeccionados tijolos
fotocatalíticos compostos de dióxido de titânio
(TiO
2
). Tais tijolos têm a propriedade de
capturar dióxido de carbono (CO
2
) do meio
ambiente, e desta forma contribuem para a
descontaminação de diversos gases
atmosféricos do nosso planeta, causando
problemas globais. aquecimento. Esses tijolos
foram inicialmente confeccionados no tamanho
de 5 cm3 em diferentes doses de 0, 3, 6 e 12 g
de dióxido de titânio. Os resultados mostraram
que 3 g tem uma captura de 139,6 ppm de CO
2
em média, com 6 g há uma captura de 316,6
ppm e com 12 g uma captura de 631 ppm. É
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evidente que à medida que a dose aumenta, a
captura de CO
2
também aumenta. Mas devido
aos custos, optou-se pela dose de 6 g para
fabricar proporcionalmente um tijolo na escala
de vendas 20x40x15.
Palavras-chave: Fotocatalítico, Dióxido de
titânio, Dióxido de carbono, Dose, Tijolo.
Introducción
El dióxido de carbono es un gas incoloro,
formado por un átomo de carbono y dos átomos
de oxígeno. Este compuesto se halla en la
atmósfera desempeñando un papel crucial en el
ciclo vital del planeta. Sin embargo, su creciente
aumento está generando serias preocupaciones
respecto al aumento de la temperatura promedio
del planeta y el calentamiento global (Estela y
Wilson, 2022).
Según la ONU (2022), se espera que para el año
2100 la temperatura global supere un 1.5 % y
llegue al 2 %, lo que originara consecuencias
devastadoras para toda forma de vida, como el
derretimiento de diez centímetros de los
océanos, la evaporación instantánea del océano
ártico y la aniquilación total de los arrecifes y
corales del mundo.
La búsqueda de soluciones innovadoras para
abordar el problema de las emisiones de CO
2
se
ha vuelto una prioridad. para gobiernos,
organizaciones internacionales, empresas y la
sociedad en su conjunto. Desde el desarrollo de
tecnologías limpias y sostenibles hasta la
implementación de políticas ambientales más
estrictas, se requiere un enfoque integral y
colaborativo para conseguir una disminución
notable de las emisiones de CO
2
y avanzar hacia
un futuro más sostenible y en armonía con el
medio ambiente (Valbuena, 2021).
Seguidamente el crecimiento demográfico ha
llevado a un aumento de las urbanizaciones de
todas las ciudades del mundo. Sin embargo,
estas urbes o ciudades son responsables de la
mayor parte de las emisiones de carbono en el
mundo (Prugh et al., 2016).
Por consiguiente, si las urbes crecen significa
que el sector de la construcción también, por lo
cual esta actividad es la que más se le atribuye
al impacto ambiental debido a su producción, ya
sea por la fabricación de los materiales o como
la puesta en obra de éstos (De la Hoz, 2009).
El cemento y sus productos derivados son
esenciales en el sector de la construcción. Sin
embargo, durante su proceso de fabricación,
generan contaminación y requieren un alto
consumo de energía, lo que resulta en la emisión
de considerables cantidades de dióxido de
carbono a la atmósfera (Xavier, 2009)
Por consiguiente, para mitigar el impacto
ambiental y garantizar un nivel de
sustentabilidad, se propone implementar
dióxido de Titanio (TiO
2
) en la fabricación de
ladrillos y bloquetas. Este aditivo convierte
estos materiales en fotocatalíticos, lo que les
confiere propiedades autolimpiantes y ayuda a
disminuir la presencia de contaminantes en el
aire (Morbi et al. 2010).
La adición de TiO
2
a los materiales de
construcción puede efectuarse ya sea como
elaboración del propio material o mediante la
aplicación de revestimientos en su superficie.
Esta fusión de componentes estructurales y
funcionales representa una innovadora
tecnología, y diversas compañías han registrado
patentes para productos como adoquines y
recubrimientos con propiedades fotocatalíticas
(Mantilla, 2023).
Por consiguiente, el objetivo de la siguiente
investigación es elaborar, construir ladrillos a
base de dióxido de titanio (TiO
2
) un compuesto
que capta gases contaminantes mediante
fotocatálisis. El gas que se optó evaluar para
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descontaminar es el dióxido de carbono (CO
2
).
De tal manera se tendría una solución a la
contaminación generada por las ciudades, ya
que, si se opta construir las infraestructuras
como edificios, con los ladrillos que se propone
se estaría contribuyendo a la descontaminación
de nuestro planeta.
Desarrollo
La presente investigación será de carácter
experimental y cuantitativo, enfocándose en los
resultados de las propiedades de los ladrillos
con la incorporación de TiO
2
. También se
incluirán cálculos, gráficos y tablas estadísticas
para evaluar las características del ladrillo y así
contrastar la hipótesis formulada. Además, se
realizará la prueba estadística diseño
completamente al azar con el software
Statgraphics.
Cemento
El cemento que se utilizará en la elaboración de
los ladrillos y bloquetas será el cemento
Portland Tipo I de la marca YURA, el cual fue
adquirido en cementeras ubicadas en la calle
patricio Meléndez, comúnmente llamado
Pesquero en Tacna, que es de uso general para
obras de concreto, revestimiento o tarrajeos y
solaqueos.
Agregado
El material utilizado en los diseños de mezcla
será un agregado fino. Se considera agregado
fino cualquier material granular de origen
natural que, al realizar el ensayo de
granulometría, pase a través del tamiz de 3/8” y
cuyos sedimentos queden retenidos en la malla
N° 200.
Dióxido de Titanio (TiO
2
)
En este estudio se utilizará el Dióxido de
Titanio (TiO
2
) como aditivo para la activación
de la fotocatálisis en los ladrillos elaborados. El
producto químico fue adquirido en Lima, en
jirón Moquegua 645, por la empresa OREGON
CHEN GROUP S.A.C.
Procedimiento de elaboración del ladrillo
Se elaborarán inicialmente 4 unidades de mini
ladrillos fotocatalíticos las cuales tendrán 0 %,
5 %, 10 % y 20 % de TiO
2
en base al peso total
del cemento. Hay que mencionar además que
cada ladrillo tendrá unas dimensiones de 5 cm
de ancho x 5 cm de largo y 5 cm de altura, las
cuales se realizó con un molde fabricado de
madera.
Figura 1 Diseño del mini ladrillo
Fuente: Elaboración propia.
Después se mezcla en un balde la arena, agua,
cemento y dióxido de titanio, en las
proporciones que se visualiza en la tabla 1.
En la siguiente tabla se visualiza la composición
de cada ladrillo y su diferente dosis de TiO
2
,
cabe mencionar que el 0 g hace referencia al 0%
de TiO
2
, el 3 g al 5 %, el 6 g al 10 % y el 12 g
al 20 %.
Los 4 ladrillos serán secados a sol durante 48
horas, después se le procederá a poner a una
cámara o embace de 1 m3 forrado con papel
film, cada ladrillo se puso en la cámara, uno por
uno, durante 1 hora. A la par en tal cámara se
pondrá una reacción química de 40 ml de ácido
acético (vinagre) y 5 g de bicarbonato sódico en
un recipiente, tal reacción originara dióxido de
carbono que será almacenada en la cámara y
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será captado por cada ladrillo que se ponga y
además se cuantificara cuanto de dióxido de
carbono capto el ladrillo mediante el medidor de
CO
2
de la marca Yem-42.
Resultados
Los resultados de las diferentes dosis de dióxido
de titano 0, 3, 6 y 12 g fueron las que aparecen
en la tabla 2.
Tabla 1: Composición y cantidad para la elaboración del ladrillo por unidad
Materiales
Cantidad
Cemento
60 g
Arena
250 g
Agua
50 ml
Dióxido de Titanio
X (0 g, 3 g, 6 g, 12 g)
Nota. Elaboración propia
Tabla 2: Resultados de captación de CO
2
de los mini ladrillos elaborado
Dosis
(g)
Dióxido de
carbono (CO
2
)
(ppm)
Aumento de
CO
2
(ppm)
Promedio de
tope de CO
2
(ppm)
Porcentaje de
captación de
CO
2
(ppm)
Inicial
Final
0
516
1594
1078
1077
-
0
520
1595
1075
0
504
1582
1078
3
449
1386
937
938.3
12.87 %
3
440
1371
931
3
445
1392
947
6
439
1197
758
761.3
29.31 %
6
445
1204
759
6
442
1209
767
12
440
870
430
447
58.49 %
12
439
891
452
12
442
901
459
Nota. Elaboración propia
Tabla 3: ANOVA de la captación de CO
2
(ppm) por dosis (g)
Nota. Elaboración propia
En la tabla 3 se visualiza la captación de dióxido
de carbono de cada mini ladrillo, además se
observa que esta aumenta a medida que se
aumenta la dosis de dióxido de titanio, cabe
mencionar que para calcular la captación de
ladrillo se aplicó la siguiente formula:
Captación de CO
2
(ppm) = Tope de CO
2
con
dosis 0 – Tope de CO
2
con dosis diferente de 0.
Fuente
Suma de Cuadrados
Gl
Cuadrado Medio
Razón-F
Valor-P
Entre grupos
45.3739
3
222372.
2791.28
0.0000
Intra grupos
0.779346
8
79.6667
Total (Corr.)
46.1532
11
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Figura 2: Medias y 95 % de Fisher LSD de la captación de CO
2
(ppm) por dosis (g)
Nota. Elaboración propia
Tabla 4: Precio del ladrillo de 20 % de dióxido de titanio
Composición
Precio
Dióxido de titanio 12 g
0.3392 céntimos (706.87 soles 25 kg)
Arena 250 g
0.0345 céntimos (6.90 soles 50 kg)
Cemento 48 g
0.031 céntimos (27.50 soles 42.5 kg)
Total
0.4047 céntimos
Nota. Elaboración propia
La tabla 3 ANOVA descompone la varianza de
la Captación de CO
2
(ppm) en dos
componentes: uno entre grupos y otro dentro de
grupos. La razón-F, que en este caso es de
2791.28, representa el cociente entre el
estimado entre grupos y el estimado dentro de
grupos. Dado que el valor-P de la prueba-F es
inferior a 0.05, se concluye que hay una
diferencia estadísticamente significativa en la
media de Captación de CO
2
(ppm) entre
diferentes niveles de Dosis (g), con un nivel de
confianza del 95.0%.
En la figura 2 se visualiza que a medida que se
aumenta la cantidad de dosis de dióxido de
titanio aumenta la cantidad de captación de ppm
de CO
2
. Por consiguiente, el ladrillo con la dosis
de 12 g es un candidato para poder utilizar sus
proporciones o datos de cemento, arena y
dióxido de titanio, un ladrillo a escala o tamaño
de venta, las que generalmente hay en
construcción, las cuales tiene una medida
promedio de 20 altura x 40 de largo x 15 de
ancho.
Discusiones
Según Álvarez (2023) su estudio investiga la
fotocatálisis heterogénea en la degradación del
colorante Negro de Eriocromo T utilizando
TiO
2
puro y TiO
2
dopado con metales (Ag, Cu,
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Fe) en concentraciones de 0.25, 0.5 y 1.0 at%
bajo luz de xenón. Los materiales, sintetizados
por el método sol-gel/solvotermal, fueron
caracterizados por diversas técnicas, mostrando
morfología esférica y fase cristalina anatasa. El
TiO
2
dopado presentó una menor energía de
banda prohibida, siendo el TiO
2
: 0.5 Fe el más
bajo (2.79 eV). Los dopajes con 0.25 at%
aumentaron el área superficial y mejoraron la
eficiencia fotocatalítica, destacando el Cu (0.25
at%), que logró un 90% de remoción de color y
reducciones significativas en TOC y DQO tras
180 minutos de exposición. Esto quiere decir
que si es efectivo al usar TIO
2
Por otro lado, Elizabeth (2022) en su estudio
analiza la reducción de CO
2
mediante vallas
publicitarias impregnadas con dióxido de titanio
(TiO
2
) en el terminal terrestre de Guayaquil. Se
midieron las concentraciones de CO
2
en áreas
de alta congestión vehicular y se instaló una
valla ecológica de 1 m² expuesta a la radiación
solar. Utilizando TiO
2
, se logró una reducción
de 64 ppm, equivalente al 12% de las
concentraciones de CO
2
. Se concluye que es
viable implementar vallas ecológicas más
grandes para mejorar la descomposición de
contaminantes, contribuyendo así al equilibrio
ambiental y a la mitigación del cambio
climático.
Conclusiones
Se ha construido un invento que descontamina
el dióxido de carbono del ambiente y a la vez
mediante procesos químicos lo convierte en
carbonato de calcio un tipo de fertilizante que
ayuda al suelo a nivelar la salinidad y de tal
manera utilizarlo como fertilizante natural.
Se concluye que con 3 gramos podemos
descontaminar 139.66 ppm de dióxido de
carbono; con 6 gramos podemos descontaminar
316.66 ppm de dióxido de carbono y con 12
gramos se descontamina 631 ppm de dióxido de
carbono.
Se concluye que las emisiones excesivas de este
gas, que es incoloro e inodoro y está compuesto
por oxígeno y carbono, representan una de las
principales causas del calentamiento global.
Este problema es resultado de las actividades
humanas y se ve agravado por la prolongada
permanencia del CO
2
en la atmósfera.
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