Nanotecnologías en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados

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Nanotecnologías en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados

  1. 1. Nanotecnología en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados Rogelio Carrillo González México 1 Edafología Química de suelos y ambiental
  2. 2. • Nanotecnología • Escala nano • CCG-Degradación de suelo •Aplicaciones •Prevención •Descontaminación •Conclusiones 2 Contenido There's Plenty of Room at the Bottom. R. Feynman, 1959
  3. 3. Nanociencia y nanotecnología • Entender y controlar la materia a escala menor a 100 nm • 1nm = 0.000000001 m • Nanopartículas (NPs) = tienen al menos 2 dimensiones con tamaño < 100 nm • Nanomateriales (NMs) = tienen al menos un dimensión con tamaño < 100 nm 3
  4. 4. ¿Qué tan grande es nano? Átomo= 0.1nm Molécula de azúcar= 1nm de ancho Membrana celular = 10 nm de espesor Un virus = 100 nm Bacteria = 1000 nm Globulo rojo = 10000 nm 4
  5. 5. Nanopartículas • NPs En forma natural – Vulcanismo – Fuegos – Erosión – Acción de olas Exposición natural a NPs • NPs sintéticas – Combustión de carbón – Combustión petróleo y derivados – Intemperismo de materiales (llantas de auto) 5
  6. 6. Ingeniería: Nanotecnología • Síntesis materiales a escala Nano se ha incrementado porque los nanomateriales se comportan de manera distinta Granel Nano Si Aislante Conductor Cu Maleable y dúctil Rígido TiO2 Color blanco Sin color Au Inerte Reactivo 6 CdSe 2  6 nm
  7. 7. 7 Tomalia, 2009 Sánchez et al., 2011
  8. 8. Degradación del suelo Física Erosión Compactación Costras Química Acidificación Pérdida nutrientes Contaminación Biológica Reduce: C, biodiversidad, poblaciones, desbalance Inducida Cambio clima Carrillo, 2009 8
  9. 9. Suelos degradación física Pérdida de capa arableCapas infértiles • Baja retención de humedad • Baja CIC: nutrientes • Fijación de Fósforo • Toxicidad por Al 9 14% de suelos erosionados en Sudamérica 15% en México
  10. 10. Contaminación por hidrocarburos Residuos generados por refinación y petroquímica anual, PEMEX. Desperdicios Mg/año Sólidos 4 250 Semisólidos 1 532 550 Líquidos 163 200 Residuos peligrosos 221 000 Residuos reciclados 1 700 Residuos c/uso potencial 187 000 Fuente: Saval, 1995 10 51 sitios contaminados con hidrocarburos en México (SISCO, 2012)  > Incidencia de enfermedades
  11. 11. Contaminación: metales y metaloides • > 580 sitios con residuos • 82 residuos de minería • > 6 millones toneladas por mes • > 6 zonas: agua con As 11 Riesgos  Exposición directa  Cadena alimenticia  Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Be, Hg, Co, Cr, Sb, Tc, Ta  As, Se, V
  12. 12. ¿Cómo puede auxiliar la Nanotecnología? Rehabilitación de suelos Prevención Acondicionar suelos Descontaminar efluentes Remover o transformar contaminantes 12
  13. 13. Prevención • Miniaturización de bienes de consumo: – disminución de materias prima, – menor consumo de energía (ahorro $100 b/a) – menor producción de residuos (ahorro $200 b/a) • Tecnología más eficiente • Marzo 2011 había más de 1300 productos en el mercado a base de Nanotecnología 13
  14. 14. Acondicionar: formación de suelo, uso eficiente plaguicidas, aportar nutrientes NMs: zeolita porosa, arcillas, poliester, humus • Alta capacidad de absorber iones y agua • Retención de nutrientes: fosfatos, nitrógeno de lenta liberación – nanoesferas, – NCs, – soluciones de NPs) 14 Delgadillo, 2012
  15. 15. Descontaminar Efluentes • Producen > 60 m3/seg • Metales (Cd, Pb, Ni) • Metaloides (As, Se, V) • Hidrocarburos recalcitrantes • Colorantes, fármacos, antib. • Alto costo de tratamiento • Una fracción es tratada 15
  16. 16. Remoción de metales por adsorción • Hg por NPs-Au-citrato • As en NPs Fe3O4 • Mo en Fe2O3 • Cr en TiO-Ag • Pb en NPs de Ti 16Sánchez et al., 2011
  17. 17. NPs reductoras Reducción química de: • Tetracloroetano en NPs de FeS • Cromato, As5+, U4+, Se4+ sobre NPs de Fe 0 17 Fe0 CrO4 2  4H2OCr(OH)3(s)  Fe(OH)3(s) 2OH Xu y Zhao, 2007 Liu y Lal, 2012 Mu et al ., 2012 Remoción del 99% de As sobre Fe-polimero, según la Universidad de Brighton , Cundy, 2008
  18. 18. Oxidación y fotocatálisis o Halogenuros • Carbofuran y azul de metileno en ZnO • Atrazina en TiO2 • Dicloroetano en TiO2 Zhang et al 2011, Tungittiplkorn et al ., 2004, Zhang 2006 18 Fe0  RCl  H2O  Fe2  RH  Cl  H2O C2Cl4  4Fe0  4H C2H4  4Fe2  4Cl Oxidación de lindano
  19. 19. Secuestro: contaminantes del suelo • Adsorbentes en solución • Lixiviación del suelo • Extracción de contaminantes • Estabilización • Tratamiento ex situ 19 Cundy et al., 2008 Sánchez et al., 2011 ¿Hay Riesgos?
  20. 20. Conclusiones • Nanotecnología es alternativa para ayudar a rehabilitar suelos • Reducción química, adsorción de contaminantes; degradación orgánicos • Mayor avance en captura y descomposición de contaminantes en solución, pero algunos experimentos muestran se puede aplicar a suelos para remover tóxicos. • Se necesita escalar los procedimientos a casos reales y hacer el rastreo del destino de las NPs usadas en el procedimiento. 20
  21. 21. 21 Delgadillo, 2012

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