1. Revista «Residuos»
La revista técnica de
medio ambiente.
Diciembre 2012,
nº 131
Ana Belén Armenteros Cañada
Mª Carmen González Ramírez
USO DE
NANOPARTÍCULAS
DE HIERRO EN
PROCESOS DE
DESCONTAMINACIÓN

2. 2
1. INTRODUCCIÓN
2. nZVI COMO
HERRAMIENTAS DE
REMEDIACIÓN IN SITU
3. PROPIEDADES DE LAS
Nzvi
4. APLICACIONES DE
LAS nZVI
5. VENTAJAS DE LA
UTILIZAICÓN DE nZVI
6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
7. CONCLUSIONES
USO DE NANOPARTÍCULAS
DE HIERRO EN PROCESOS DE
DESCONTAMINACIÓN

3. 1. INTRODUCCIÓN
 ¿Por qué es interesante investigar las nanopartículas de
Fe con valencia cero?
3
Amplitud de sus aplicaciones
Alta reactividad
Menor relación coste-efectividad
Tecnología versátil (tratamiento de
una gran variedad de contaminantes)

4. 1. INTRODUCCIÓN
 NANOPARTÍCULAS Y NANOMATERIALES.
4
Definición
• Es posible definirlo como materiales con al
menos una dimensión menor 100
nanómetros, el tamaño depende de las
propiedades.
¿Cuales son esas propiedades?
• Mecánicas, Magnéticas, Ópticas,
Electrónicas y Químicas en comparación
con los microorganismos.
Existe una relación
superficie-volumen
Disminuye el
tamaño de las
partículas.
la porción de
átomos de la
superficie y en las
proximidades de la
superficie
Aumenta.

5. 5
1. INTRODUCCIÓN
Es posible afirmar que
los átomos superficiales
son más inestable, llegando
a la estabilidad a partir de
reacciones y fenómenos de
absorción con otros
átomos y moléculas.
Importante
 Debido a los grandes avances en este campo
se está introduciendo nuevos materiales en
casi todos los sectores.

6. 6
• Partículas
Ultrafinas.
Aire
• Coloidales.
• Arcillas.
• Óxidos de hierro.
• Materia orgánica.
Suelo y Agua • Biomoléculas
como proteínas.
• Ácidos nucleídos.
Otra nanopartícula
natural
1. INTRODUCCIÓN
2006
356 nanoproductos
2010
1317 nanoproductos
según los datos del PEN, 2011a, suponiendo
un crecimiento de 270%.

7. 1. INTRODUCCIÓN
 Evolución o aparición de las diferentes nanopartículas:
 Existen aplicaciones como:
Las primeras
nanopartículas son
nanotubos de
hierro
Nanomateriales
basados en óxidos
de metal
Nanocristales
semiconductores
Nanopartículas de
plata
Nanopartículas de
oro
Nanocristales
semiconductores
Las relacionadas con el desarrollo de productos
respetuosos con el medioambiente.
La remediación in situ de emplazamientos
contaminantes.
El desarrollo de sensores para la detención de
contaminantes.
7

8. 2. nZVI COMO HERRAMIENTA DE
REMEDIACIÓN IN SITU
 BARRERAS PERMEABLES REACTIVAS
 Materiales granulares de hierro con valencia cero (ZVI) de tamaño micro
8
• Precipitan
• Se adsorben
• Se transforman en otros
compuestos menos
tóxicos
¿Qué pasa con los
contaminantes?

9. 2. NZVI COMO HERRAMIENTA DE
REMEDIACIÓN IN SITU
• Necesidad de una elevada cantidad de polvo de Fe
para construir una barrera modesta.
• Gran coste de construcción de la barrera
¿Inconvenientes para una amplia
extensión?
9

10. 10
• Introducción de las nZVI
¿Solución?
• Reducción de costes
• Amplio campo de aplicaciones
• Inyección directa o recirculación
• Gran capacidad y rapidez de degradación de gran variedad de
contaminantes
¿Por qué?
2. NZVI COMO HERRAMIENTA DE
REMEDIACIÓN IN SITU

11. 2. nZVI COMO HERRAMIENTA DE
REMEDIACIÓN IN SITU
11
Mayor superficie de contacto = mayor reactividad
NANOPARTÍCULA DE
Fe
Ø 50 nm
PARTÍCULA DE
POLVO DE Fe
Ø 1 mm

12. 2. NZVI COMO HERRAMIENTA
DE REMEDIACIÓN IN SITU
12
 Los procesos de descontaminación con nanopartículas de
hierro han resultado efectivos para una gran variedad de
contaminantes medioambientales como:

13. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
13
Según el método de síntesis de nZVI varía:
El tamaño de partícula
Distribución y área
superficial específica
Presencia de trazas
metálicas

14. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
14
Reductor = se oxida

15. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
15
 Esquema de la estructura de
las nZVI en medio acuoso.
 Núcleo: formado por Fe (0), que
confiere el poder reductor
(suministra electrones) para
reaccionar con determinados
metales y compuestos orgánicos
halogenados.
 Corteza: tienen lugar fenómenos
de adsorción.

16. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
16
 Problema…
Tendencia a formar agregados
(propiedades ferromagnéticas)
Disminución de la movilidad
Disminución de la reactividad

17. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
17
 ¿Cómo reducir el grado de agregación y obtener nZVI
estabilizadas?
 Estos soportes confieren mayor estabilidad a las nanopartículas
debido a los fenómenos de impedimento estérico y/o repulsión
electrostática.
AÑADIENDO:
• Especies hidrófilas o anfifílicas. Ej: surfactantes
• Polímeros o polielectrolitos
• Soportes de almidón
• Soportes de ácido poliacrílico
• Soporte de carboximetil celulosa
• Soporte de dodecilsulfato de sodio

18. 3. PROPIEDADES DE LAS nZVI
18
Otra forma…
nZVI + metal= nanopartículas bimetálicas
¿Por qué?
Porqué el 2º metal favorece la oxidación del hierro
(pérdida de electrones) y actúa como catalizador en la
transferencia de electrones.

19. 4. APLICACIONES DE nZVI
19
• Los procesos de remediación in
situ han aumentado bastante, ya
que no existe una legislación para
su uso:
• En Europa
• EE UU
• Provocando que ningún país
prohíbe y permita su utilización.
•Alemania.
•Canadá.
•Taiwan.
•Italia.
•Eslovaquia.
•República
Checa.
Países Países

20. 20
• Sobre el uso de nZVI para descontaminación de las aguas
subterráneas y remediación de suelos.
Aumento de estudios de Investigación
• Que sus potenciales implicaciones medioambientales hayan
proliferado bastante.
Provocando
4. APLICACIONES DE nZVI
• Compuestos Inorgánicos
• Compuestos Orgánicos
Tipos de
Inmovilizaciones

21. 21
• Las nZVI han resultado efectivas para la inmovilización de
materiales como Be, Cd, Ni, Zn, As, Pb, Cr, Ag, V y U. Gracias a
las propiedades que posee el Fe(0) y a la capacidad de absorción de
los óxidos situados en la corteza de la nanopartícula.
• De manera que se forman especies menos tóxicas.
• Tabla de contaminantes que pueden ser degradados por nZVI.
INMOVILIZACIÓN DE COMPUESTOS
INORGÁNICOS.
4. APLICACIONES DE nZVI

22. 22
• Las nZVI especialmente se trata de orgánicos halogenados.
• El mecanismo de eliminación es el de reducción ya que Fe(0) se
oxida, cediendo electrones que aceptan compuesto orgánico,
reduciendo y formando compuestos hidrocarburos y cloruros.
INMOVILIZACIÓN DE COMPUESTOS
ORGÁNICOS.
4. APLICACIONES DE nZVI
 EJEMPLO
Percloroetileno Tricloroetileno Dicloroetileno
Cloruro de
vinilo
Etileno

23. 5. VENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
23
 Se destaca que el empleo de nZVI puede resultar una técnica de
remediación efectiva para la degradación e inmovilización in situ de
diferentes contaminantes presentes en aguas, suelos e incluso subproductos
de depuradora como biosólidos.
 Es una tecnología versátil para el tratamiento de una gran variedad de
contaminantes (orgánicos como inorgánicos) que comparada con el
tratamiento con Fe(0) a microescala y otras técnicas resulta más rápida y
simple.
 Reduciendo el tiempo necesario para la descontaminación se obtiene un
ahorro a nivel económico y una reducción en el tiempo de exposición de
los trabajadores y ecosistemas afectando a la contaminación.

24. 5. VENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
24
Los costes de fabricación de nZVI se han reducido a la mitad en los últimos años.
Esta tecnología no implica la adición de una sustancia química extraña al medio,
pues el elemento mayoritario de estas partículas son el hierro que es bastante
abundante en la naturaleza.
MUY IMPORTANTE
Con la utilización de nanorremediación con nZVI para la descontaminación en distintas
zonas contaminantes permite ahorrar entre 87 y 98 billones de dólares en
aproximadamente 30 años, es decir, 66 a 77 billones de euros.

25. 6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
 Se están realizando estudios de monitorización de su aplicación para
determinar ventajas e inconvenientes del uso de esta tecnología emergente.
¡¡¡Es necesario seguir INVESTIGANDO!!!
 ¿Cómo evaluar el riesgo medioambiental?
 Debemos conocer…
 Movilidad
 Biodisponibilidad
 Toxicidad
 Degradación
 Persistencia en las diferentes muestras ambientales
 Fe en exceso en el medio…
 Alteraciones en el ADN
 Oxidación de lípidos y proteínas
25
Muy
importante

26. 6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
 Las nZVI en muestras de agua y suelo, pueden agregarse o adsorberse a
otras especies, a través de las cuales pueden llegar a otros organismos
presentes, como microorganismos, plantas, invertebrados del suelo,
peces…de manera que se podrían introducir en la cadena trófica.
 El estudio del potencial de migración de las nZVI es importante para
poder predecir su concentración en el medio, y va a depender de la
composición de las nZVI (especialmente del soporte estabilizador) y de
las características del medio, tipo de suelo o agua, en el que se hayan
aplicado.
 Muestras con facilidad de migración: quedarán diluidas
 Muestras con poca facilidad de migración: dan lugar a zonas de
elevadas concentraciones de nZVI próximas a los puntos de tratamiento.
26

27. 6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
Las nanopartículas de Fe son muy reactivas
Pueden transformarse en otros compuestos
Pueden degradarse químicamente
Biodegradarse
(acción de microorganismos)
27

28. 6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
• Nivel de toxicidad aguda en organismos acuáticos = bajo
• A concentraciones < 1mg/l, las lesiones observadas son reversibles
• Las nZVI se adhieren a los organismos y a las células pudiendo
causar cambios histológicos y alteraciones morfológicas.
• Los soportes de estabilización de las nZVI que presentan menor
toxicidad son los que tienen menor adherencia.
• Algunos efectos tóxicos detectados son la alteración de la membrana
plasmática, pudiendo llegar a causar la lisis celula.r
• Las nZVI envejecidas en condiciones aerobias presentan menor
toxicidad gracias a la rápida oxidación del Fe (0).
Efectos ecotoxicológicos por exposición a las nZVI a escala
de laboratorio:
28

29. 6. DESVENTAJAS DE LA
UTILIZACIÓN DE nZVI
29
 Resumiendo…
¡¡¡EVALUAR RIESGO POTENCIAL DE EXPOSICIÓN Y
BIOACUMULACIÓN EN ORGANISMOS!!!
• Capacidad de migración
• Degradación
• Persistencia
• Toxicidad
Actualmente no se observa un riesgo medioambiental significativo
del uso de las nZVI, pero…
¡¡¡ES RECOMENDABLE MONITORIZAR A CORTO Y
LARGO PLAZO!!!

30. CONCLUSIONES
 La remediación con nZVI es…
 Una tecnología emergente adecuada para la
descontaminación in situ de determinados emplazamientos
contaminados.
 Una alternativa a otras técnicas in situ más agresivas con el
medio y de mayor coste (Ej. Oxidación química,
solidificación…) y más rápida que los procesos de
atenuación natural o biorremediación.
30

31. CONCLUSIONES
 Es preciso realizar un estudio previo del emplazamiento
contaminado para determinar en cada caso la metodología
de descontaminación más adecuada.
 Debido a la considerable falta de información respecto
al comportamiento de las nZVI en el medio , y el potencial
de riesgo medioambiental asociado al uso de dichas
nanopartículas para la descontaminación, especialmente a
largo plazo, es necesario:
 Realizar estudios sistemáticos sobre los efectos de su
utilización
 Realizar un uso responsable
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