Rogelio Carrillo González, México Contexto: Tercer Seminario Regional Agricultura y Cambio Climático: "Nuevas tecnologías en la mitigación y adaptación de la agricultura al cambio climático". Santiago de Chile, 28/09/2012 Más información: http://fao.org/alc/u/2u

1. Edafología
Química de suelos y ambiental
NaNotecNología eN la
rehabilitacióN de
suelos degradados y
coNtamiNados
Rogelio Carrillo González
México
1

2. Contenido
• Nanotecnología
• Escala nano
• CCG-Degradación de
suelo
• Aplicaciones
•Prevención
•Descontaminación
• Conclusiones
There's Plenty of Room at the
Bottom.
R. Feynman, 1959
2

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?
4

5. NaNopartículas
• NPs En forma • NPs sintéticas
natural – Combustión de
– Vulcanismo carbón
– Fuegos – Combustión
– Erosión petróleo y
– Acción de olas derivados
– Intemperismo de
Exposición natural a
materiales (llantas
NPs de auto)
5

6. iNgeNiería:
NaNotecNología
• Síntesis materiales a escala Nano se ha
incrementado porque los nanomateriales se
comportan de manera distinta
Granel Nano CdSe
Si Aislante Conductor 2  6 nm
Cu Maleable y dúctil Rígido
TiO2 Color blanco Sin color
Au Inerte Reactivo
6

7. Sánchez et al., 2011
Tomalia,
2009
7

8. Carrillo, 2009
8

9. Suelos degradación física
Pérdida de capa
arableCapas
infértiles
•Baja retención de
humedad
•Baja CIC: 14% de suelos erosionados en Sudamérica
nutrientes 15% en México
•Fijación de Fósforo
•Toxicidad por Al
9

10. coNtamiNacióN por
hidrocarburos
Residuos generados por 51 sitios contaminados con
refinación y petroquímica anual,
PEMEX. hidrocarburos en México
Desperdicios Mg/año (SISCO, 2012)  > Incidencia de
enfermedades
Sólidos 4 250
Semisólidos 1 532 550
Líquidos 163 200
Residuos 221 000
peligrosos
Residuos 1 700
reciclados
Residuos 187 000
c/uso potencial
Fuente: Saval, 1995
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11. Contaminación: metales y metaloides
• > 580 sitios con residuos
 Cd, Cu, Pb, Zn,
• 82 residuos de minería Ni, Be, Hg, Co,
Cr, Sb, Tc, Ta
• > 6 millones toneladas por mes
 As, Se, V
• > 6 zonas: agua con As
Riesgos
 Exposición directa
 Cadena alimenticia
11

12. ¿Cómo puede auxiliar la
Nanotecnología?
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)
Delgadillo, 2012
14

15. descoNtamiN
ar
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
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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
Sánchez et al., 2011 16

17. Reducción química de:
• Tetracloroetano en NPs de
FeS
• Cromato, As5+, U4+, Se4+
sobre NPs de Fe 0
e C2 42 C H F )s 2 −
O−
F+r4 +H→O3)+e H)+ H
0
O r )s
( ( ( 3 O
O(
Xu y Zhao, 2007 Remoción del 99% de As sobre
Liu y Lal, 2012 Fe-polimero, según la
Mu et al ., 2012 Universidad de Brighton , 17
Cundy, 2008

18. Oxidación y fotocatálisis
o Halogenuros
F R+2 → + +− H
0 2+
+ l O e H l+ O
e CH F R C 2
• Carbofuran y azul de
metileno en ZnO
• Atrazina en TiO2
Oxidación de lindano
• Dicloroetano en TiO2
+ + −
Cl +F+H C4+F +C
C e 4 → 4e 4l
2 4 4 2
0
H 2
Zhang et al 2011, Tungittiplkorn et al ., 2004, Zhang 2006 18

19. Secuestro: contaminantes del suelo
• Adsorbentes en solución
• Lixiviación del suelo
• Extracción de
contaminantes
• Estabilización
• Tratamiento ex situ
¿Hay
Riesgos?
Cundy et al., 2008
Sánchez et al., 2011 19

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. Con
me centra n
trac c ació
rílic ión d ntr san
o (% e ac ce
) ido on quito
C e )
d (%
Delgadillo, 2012
21