Nanotecnologías en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados
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Nanotecnologías en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados
- 1. Nanotecnología en la rehabilitación de suelos degradados y contaminados Rogelio Carrillo González México 1 Edafología Química de suelos y ambiental
- 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. 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. ¿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. 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. 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 Tomalia, 2009 Sánchez et al., 2011
- 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. Suelos degradación física Pérdida de capa arableCapas 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. 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. 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. ¿Cómo puede auxiliar la Nanotecnología? Rehabilitación de suelos Prevención Acondicionar suelos Descontaminar efluentes Remover o transformar contaminantes 12
- 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. 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. 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. 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. NPs reductoras Reducción química de: • Tetracloroetano en NPs de FeS • Cromato, As5+, U4+, Se4+ sobre NPs de Fe 0 17 Fe0 CrO4 2 4H2OCr(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. 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. 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. 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