Nano International Forum Monterrey

8-9 de noviembre 2017

MSc Víctor Mario López Gallegosvlopezga@thermotek.com.mx

Dr. Azael Martínez de la Cruzazael.martinezdl@uanl.edu.mx

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

12

The impact of NOx gases in our society

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

14

Quality of air in Monterrey

Monthly mean tropospheric NO2 from OMI, version 2.0

15Report Clean Air Institute 2012

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

24

Towards a sustainable housing

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

Thank you for your kind attention…