Parte II. En esta parte realice una revisión bibliográfica sobre las posibles alternativas, basado en el estudios realizados por diferentes autores, en aquel entonces; las referencia de los autores las encuentran en la bibliografía al final de la presentación.

1. Nanotecnología en la Desinfección de las
Aguas. Desventajas y Alternativas
Ing. Julia Quintero
Valencia, mayo de 2020
DOCTORADO EN QUÍMICA TECNOLÓGICA
Microbiología del Agua

2. Desinfección
del Agua
Nanotecnología
Nanotecnología en la
Desinfección del
Agua

3. Segura desde el punto de
vista de la salud
valores de turbidez menores a 1
UNT no obedece a requerimientos
organolépticos, sino a garantizar la
ausencia de microorganismos
resistentes a desinfectantes.

4. Agua-Enfermedades

5. Clostridium perfringens Su presencia actúa como
alerta para detectar cuándo el agua de consumo
humano puede estar contaminada por otros
patógenos más difíciles de identificar. Sus esporas
pueden resistir los procesos de desinfección y
sobrevivir en el agua mucho más tiempo que los
coliformes, como E.coli

8. Los desinfectantes más comúnmente usados son: cloro gas (Cl2
), hipoclorito
de sódio (NaOCl, 12.5% de cloro disponible), hipoclorito de calcio (Ca(OCl)2
,
70% de cloro disponible), cloraminas, dióxido de cloro (ClO2
) y ozono (O3
).

9. Conceptos referidos la destrucción de
patógenos
a) Agente esterilizante: es aquel capaz de destruir completamente
todos los organismos (patógenos o no).
b) Desinfectante: es el agente que inactiva los gérmenes patógenos.
c) Bactericida: agente capaz de inactivar las bacterias.
d) Cisticida: agente que tiene la capacidad de inactivar los quistes.
La Desinfección es un Proceso selectivo. No destruye todos los
organismos presentes en el agua y no siempre elimina todos los
organismos patógenos.
El tipo de microorganismos presentes en el agua tiene
influencia definitiva en el proceso de desinfección

10. Utilidad de la desinfección
a) Reducir el contenido inicial de contaminantes microbiológicos
en el agua cruda (pre desinfección). Este proceso se utiliza solo
en casos especiales.
b) Desinfectar el agua luego de la filtración. Constituye el uso
más importante.
c) Desinfección simple de un agua libre de contaminantes
fisicoquímicos que no requiere otro tratamiento.
Para que la desinfección sea efectiva, las aguas sujetas al
tratamiento deben encontrarse libres de partículas coloidales.

11. Factores que influyen en la Desinfección del Agua
1. Microorganismos presentes y su
comportamiento-edad del microorganismo-tipo
2. La naturaleza y concentración del agente
desinfectante
3. La temperatura del agua
4. La naturaleza y calidad del agua
5. El pH
6. El tiempo de contacto

12. Nanotecnología
Conceptos, aplicación y
desventajas.
Representación esquemática de la
nanopartícula llamada fullereno o bola de
Buckminster conteniendo 60 carbonos. Los
fullerenos son moléculas tridimensionales
estables y muy resistentes, las cuales están
constituidas exclusivamente por un número
definido de átomos de carbono, donde las más
comunes son el C60 y C70
doi: 10.15174/au.2018.1575

13. 5.- 2010 Andrey Gueim y Konstantin
Novosiolov, reciben el Premio Nobel de
Física por los conocimientos de esta nueva
forma alotrópica del Carbono, EL
G A N
antecedentes
1.- Richard Feynman, Premio Nobel de
Física, en 1960 propuso manipular los
átomos para construir estructuras que
poseyeran la mayor variedad de
propiedades.
2.- En 1974 se crea el concepto de
Nanotecnología por el Prof. Norio
Taniguchi de la Universidad de Ciencias en
Tokio
3.-En los -80 en base a la teoría del Prof
K. Eric Drexler, se consigue manipular
átomos y moléculas.
4.- En 1996 Richard E. Smalley, Harold
Kroto y Robert Curl, ganan el Premio
Nobel de Química por el descubrimiento de
los fullerenos (formas alotrópicas del
Carbono).

14. 1.-Nanoescala, considerada en el rango de tamaño
aproximado entre 1 nm y 100 nm
2.-Nano-objeto, material con una, dos o tres dimensiones
externas en la nanoescala,
3.-Nanopartícula, nano-objeto con las tres dimensiones
externas pertenecientes a la nanoescala.

17. Clasificación de los Nanomateriales
En función del número de dimensiones en la que la estructura considerada
tenga carácter nanométrico, los nanomateriales se pueden clasificar en:
3D: nanopartículas como nanocristales y fullerenos
2D: nanotubos y nanohilos
1D: estructuras en las que solo su espesor es de orden nanométrico como las
utilizadas en los recubrimientos de superficies o películas finas
En función al origen
1. Natural
2. Generadas por la actividad humana involuntaria
3. Generada por la actividad humana deliberada (NMs ingeneieria)
En función de su composición:
1. Basados en carbono: nanotubos de carbono, fullerenos, etc
2. Metales y óxidos metálicos: nanoplata, nanoóxidos de titanio
3. Otros: arcillas, polimeros (nanocelulosa) nanoemulsiones

18. Nanotecnología-Concepto
1.- Comprensión y control de la materia y los procesos a
escala nanométrica, generalmente ≤ 100nm de una o más
dimensiones, donde la aparición de fenómenos
dependientes del tamaño, permite nuevas aplicaciones.
2.- Los nanomateriales adquieren propiedades diferentes
a escala nanométrica y surgen materiales novedosos,
dispositivos y sistemas que explotan estas nuevas
propiedades
Propiedades
Las nanopartículas o nanoestructuras deben cumplir 3
condiciones:
1) Que el tamaño ≤100nm. al menos en una dimensión
(1D,2D,3D).
2) Que las propiedades de los materiales cambian en este
rango.
3) Que haya control y entendimiento de lo que se está
fabricando.

19. La escala nanométrica confiere a las estructuras/partículas, propiedades
diferentes a las del mismo material a escala micrométrica.
https://www.researchgate.net/publication/326611458

21. Las nanopartículas tienen:
a) Un elevado cociente
Superficie/Volumen. Mayor
reactividad.
b) El tamaño por debajo del
tamaño celular y de las
barreras biológicas. Mayor
poder de penetración, incluso
podrían llegar hasta el núcleo
celular
EL TAMAÑO ES LA CLAVE
Pinzas a nanoescala que pueden realizar “biopsias”
a moléculas individuales.
https://directoriomedico.xyz/pinzas-a-nanoescala-que-pu
eden-realizar-biopsias-a-moleculas-individuales/

23. Propiedades físicas
El punto de fusión disminuye,
generalmente, como
consecuencia de su gran área
superficial específica y el
mayor número de átomos en
la superficie; esto afecta al
comportamiento
termodinámico del volumen
de la nanopartícula. Los
átomos de la superficie
necesitan menos energía
para moverse porque hay
menos átomos en el interior
de la nanopartícula y
necesitan menor energía para
vencer las fuerzas
intermoleculares de atracción.

24. Propiedades
ópticas (efectos
cuánticos)

25. Propiedades ópticas (efectos cuánticos)

26. Otras propiedades físicas de las nanopartículas originadas por los efectos
cuánticos son:
● Súper paramagnetismo (Fe, Co, Ni).
● Conversión de algunos metales en semiconductores (ZnO, Si…); algunos
semiconductores se convierten en aislantes.
● Fluidos con propiedades magnéticas (ferrofluidos).
● Fotoluminiscencia efecto cuántico.
● Cambio de las propiedades magnéticas de materiales como: Fe, Co, Ni,
Fe3O4…, en los que varía el momento magnético con el tamaño de la
nanopartícula.
● Incremento de la absorción de la radiación solar con la disminución del
tamaño de la nanopartícula.
● Elevada conductividad eléctrica y térmica de algunas nP, como la plata; baja
conductividad eléctrica y térmica de otras nano partículas como el oro.
● Modificación de las propiedades electrónicas de las nanopartículas con el
tamaño (Ej.: nanopartículas de oro).

27. Propiedades químicas
Las nano partículas metálicas o iónicas manifiestan propiedades químicas muy importantes:
el auto ensamblado y las excepcionales propiedades que pueden tener como catalizadores.
Su elevada reactividad química es consecuencia de su elevada superficie específica y del
importante número de átomos en la superficie que originan una elevada energía de
superficie de las nanopartículas.
Propiedades Mecánicas
Algunas de las propiedades mecánicas, más importantes, que pueden experimentar
importantes incrementos son:
● Límite de fluencia (yield strength)
● Módulo de elasticidad E (hasta un diámetro d ≥ 5 nm)
● Resistencia a tracción
● Tenacidad
● Deformación
● Resistencia a flexión
● Resistencia al impacto
● Resistencia a la fatiga
● Resistencia a la corrosión

28. ¿NANOTECNOLOGÍA EN la DESINFECCIÓN DEL AGUA?
“Los nanomateriales
resultan de la reducción de
partículas de una sustancia
química a la escala
nanométrica: mientras que
las sustancias en el dominio
macro son continuas y
homogéneas, en la
nano–escala, los átomos y
sus relaciones estructurales
ad uieren una importancia
central”(1)
https://www.researchgate.net/publication/331144345

29. Desafío de la Nanotecnología en la Desinfección del Agua
¿Combinación de estructuras? microrganismos -elementos quimicos

30. 1.-Nanopartículas de plata: obtención, utilización como
antimicrobiano e impacto en el área de la salud (2)
1920
Food and Drug Administration
(FDA) aprueba soluciones de
plata iónica
1953
Moudry patenta un producto
con nanopartículas 2-20nm
siglo XVII
Se describe como
producto medicinal
1897
se comercializa un producto bajo
el nombre de “Collargol”,
conteniendo nanoplata 10nm
1889
El primer reporte de obtención de
nanopartículas de plata, partículas
obtenidas es de 7 a 9 nm
1960 se introduce en el tratamiento de las quemaduras.
La introducción de los antibióticos en 1940 disminución en el uso

31. SÍNTESIS ¿Cómo se obtienen actualmente las Ag-NP?
¿Síntesis?- ¿Efectos sobre la salud?...Relación con el Agua

32. Resumen:
1.- La utilización y el potencial impacto en la salud de las
nanopartículas de plata deben incluir un abordaje
multidisciplinario.
2.- Son variados los debates que existen acerca de los
efectos adversos ocasionados por especies de Ag-NP en el
medio ambiente.
3.- La potencial toxicidad de las Ag-NP tanto en humanos
como en otros seres vivos amerita realizar investigaciones
nuevas y más complejas que permitan encarar una
evaluación riesgo/beneficio de los productos que se
fabrican con nanoplata. .

33. 2-El mundo micro en el mundo nano: importancia y desarrollo de nanomateriales
para el combate de las enfermedades causadas por bacterias, protozoarios y hongos
En esta revisión da una visión general de las aplicaciones actuales
de nanomateriales y nanocompuestos en campos relacionados
con la salud humana, específicamente sobre las aplicaciones para
prevenir la propagación de microorganismos patógenos (bacterias,
protozoarios y hongos) en un ambiente hospitalario mediante el uso
de enfoques nanotecnológicos.

34. https://www.researchgate.net/publication/326611458
El efecto antibacteriano es la sumatoria de diferentes factores, dentro de los cuales
destacan la naturaleza química de las nps, su morfología, el proceso de liberación de
iones en su superficie y las diferencias en la estructura celular bacteriana. *

35. Esquema que ilustra el efecto antibacterial
de las nanopartículas de plata en las
membranas, mitocondrias, organelos
celulares, el ADN nuclear, así como en la
producción de especies reactivas de
oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés),
que se generan como respuesta a las
nanopartículas cuando penetran al interior
de las células. El mecanismo
antibacteriano de las NPs puede ser
debido a un aumento en la generación de
ROS intracelular, lo que provoca estrés
oxidativo a las células bacterianas.
También se pueden adherir a la membrana
celular, con lo que alteran su
permeabilidad y funciones respiratorias,
asimismo, interactúan con la superficie de
las membranasy penetran en el interior
celular, causando daño a los diferentes
organelos y a nivel del ADN en el núcleo.
doi: 10.15174/au.2018.1575

36. Impacto sobre la Salud

37. 3.Nanotecnología una alternativa para el tratamiento de aguas
residuales: Avances, Ventajas y Desventajas
“Conocer la importancia de la nanotecnología en el cuidado al medio ambiente, brinda los
conceptos básicos de nanociencia, nanotecnología, como las nanopartículas pueden ser
usadas efectivamente en el tratamiento de aguas residuales, remarcando su utilidad en
sistemas de desalinización”

38. Los procesos de desinfección que requieren que el catalizador
este en contacto con la superficie de la membrana celular para la
inactivación microbiana deben ser exitosos.
La recuperación del catalizador es difícil.
No existe remanentes de acción antimicrobiana en el agua.
Aplicaciones prometedoras de nanomateriales para la desinfección
de agua son desarrolladas para soporte del catalizador en filtros,
proveyendo de una filtración que se autolimpia que puede ser
usada en aplicaciones de punto de uso.
Principales limitaciones identificadas para la aplicación de
estos nanomateriales en agua y desinfección de aguas
residuales

39. 4.-Desinfección y purificación de agua mediante
nanopartículas metálicas y membranas compósitas
Estudio comparativo de la efectividad antibacterial de
nanopartículas metálicas y de aguas de diferente composición
química contra dos microorganismos: E. coli y E. faecalis,
utilizando concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) y
bactericidas (CMB)

40. Metodología
1. Síntesis de la partícula
2. Caracterización
3. Preparación de matrices de agua
4. Pruebas bactericidas
5. Análisis de Resultados
6. Cinética del proceso de desinfección
7. Elaboración de membranas e incorporación de
nanopartículas
8. Evaluación de la actividad antibacteriana y fungicidas de
las membranas

41. Metodología

42. Metodología
1. Síntesis de la partícula

43. 2. Caracterización
A.- Las nanopartículas de plata, cobre y el
nanocompósito Ag-TiO2 fueron
caracterizados mediante las siguientes
técnicas:espectroscopía ultravioleta-visible
(UV-vis), dispersión dinámica de luz (DDL)
y por microscopía electrónica de
transmisión (MET).
B.-Las nanopartículas de óxido de zinc
fueron caracterizadas únicamente por las
técnicas MET y DDL.
3.-Preparación de
matrices de agua

44. 4.- Mediciones directas en
las matrices de agua
Conductividad (Cond.),
Sólidos disueltos totales (SDT),
temperatura (T),
potencial hidrógeno (pH)
oxígeno disuelto (OD).
5.-Prueba bactericida

52. Conclusión

53. Referencias
1.-Zambon, A, Córdoba, M , Lombardi, O. Un mundo Nano. Universidad Nacional Autonoma de Mexico. |
http://dx.doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2019.23.67638 | 12(23), 1e-9e, julio–diciembre 2019
2.- Dra. Patricia C. Cardoso. Nanopartículas de plata: obtención, utilización como antimicrobiano e
impacto en el área de la salud. Unidad de Toxicología del Hospital de Niños Ricardo Gutiérrez. Rev.
Hosp. Niños (B. Aires) 2016; 58(260):19-28 / 19. Recuperado:
http://revistapediatria.com.ar/wp-content/uploads/2016/04/260-Nanoparti%CC%81culas-de-plata.pdf
3.-Factores que influyen en la desinfección del agua. Recuperado:
https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/factores/factores-definfeccion-agua.htm
4.- Marin G. Rafael. Analisis de agua y esnayos de tratamiento.Recuperado
http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/etap/unidades/documentos/docu401/ensayo.htm
5.- Carbotecnia. Recuperado.
https://www.carbotecnia.info/aprendizaje/temas-sobre-tratamiento-de-agua/metodos-para-desinfeccion-del-
agua/

54. gracias

55. ANEXOS

56. El punto de quiebre también denota el nivel del cloro residual combinado
irreducible o los “residuales molestosos” (NH2
Cl, NCl3
, R-NCl) que son de
importancia desde el punto de vista de los sabores, los olores, y
posiblemente de la salud, pero además consumen cloro. Esta curva es una
herramienta valiosa para predecir cuánto cloro se requerirá para la
desinfección en un periodo específico, así como para prever qué
subproductos pueden formarse.