Nanopartículas, qué son, tipos y aplicaciones
La nanotecnología está transformando muchas industrias gracias a sus materiales y procesos innovadores. En Calpech, con más de 30 años de experiencia, combinamos investigación y aplicación práctica para llevar esta tecnología al sector ambiental. Nuestro equipo multidisciplinar trabaja en ingeniería, gestión de residuos y producción de biogás, aplicando nanotecnología para crear soluciones eficientes y sostenibles.
En el centro de esta revolución están las nanopartículas, partículas extremadamente pequeñas que poseen propiedades únicas por su tamaño. Estas características las hacen muy útiles en sectores como la descontaminación ambiental, la energía y la industria. Descubre en este post qué son las nanopartículas, sus principales tipos, cómo se fabrican y las aplicaciones más destacadas, especialmente las nanopartículas de hierro, que tienen un papel clave en nuestro campo.
¿Qué son las nanopartículas de hierro?
Hasta hace unos treinta años, los materiales fabricados industrialmente tenían tamaños superiores a los micrómetros: arenas, arcillas, cementos, entre otros. Sin embargo, a raíz del rápido desarrollo de la nanotecnología, un nuevo mundo lleno de posibilidades ha aparecido.
La nanociencia o ciencia de la materia a escala nanométrica (tamaños alrededor de 10-9 metros o 1000 veces más pequeño que las partículas micrométricas) es el área del conocimiento que describe las técnicas analíticas y de procesado que permiten controlar el tamaño y la composición de la materia a escala nanométrica, técnicas permiten conocer y controlar las propiedades de la materia a nivel atómico o molecular.
Esto ha permitido la aparición de materiales con propiedades específicas para su uso o producción de dispositivos progresivamente de menor tamaño. En los últimos 25 años, una gran variedad de nanomateriales se ha sintetizado, entre ellos destacan las nanopartículas, los nanohilos, los nanotubos o las nano hojas. Esta serie de nuevos productos se han aplicado en una gran variedad de campos como en la electrónica, la biomedicina, el sector energético o la reparación del daño medioambiental. Esto nos lleva a realizarnos la siguiente pregunta:
¿Por qué son tan útiles los nanomateriales?
A causa de su tamaño tan pequeño, estos materiales poseen propiedades químicas, catalíticas, electrónicas, magnéticas u ópticas únicas. Al ir disminuyendo el tamaño de las partículas, la proporción de átomos que se encuentran en la superficie de la partícula aumentan, lo que se conoce como aumento del área superficial de la partícula. Estos átomos superficiales suelen tener una estructura electrónica incompleta, debido a su falta de electrones para estabilizarse. Esta deficiencia de electrones provoca que sean muy susceptibles a interaccionar y reaccionar con otros átomos y moléculas para lograr una carga estabilizada.
Compuestos considerados inertes como la plata, si se producen a escala nanométrica, pueden ser usados para catalizar reacciones, descomponer contaminantes, producir esterilización antimicrobiana, absorber y separar dioxinas, tintes y otros contaminantes orgánicos o metales pesados. La lista de posibles aplicaciones de los nanomateriales no ha dejado de crecer en los últimos años, sobre todo en el tratamiento de suelos, agua y aire.
Una nueva nanopartícula: las nanopartículas de hierro cerovalentes (nZVI)
Entre los diversos nanomateriales, aquellos formados por metales son los que se han mostrado más versátiles y efectivos para eliminar contaminantes de fuentes con impurezas. Específicamente, las nanopartículas de hierro cero-valentes son las más prometedoras para tratamientos medioambientales debido a su versatilidad, relativo bajo coste y alta reactividad.
El hierro es el metal de transición más abundante y el cuarto con más presencia en la corteza terrestre. Además, es un elemento no tóxico, económico, con cierto poder reductor que al tener propiedades magnéticas puede ser separado fácilmente del medio después de su uso mediante la aplicación de imanes.
Otra ventaja adicional es que los productos de reacción después de su aplicación como agente reductor para eliminar contaminantes son óxidos de hierro no tóxicos.
Las nanopartículas de hierro cerovalentes no solo se caracterizan por estas ventajas. El hecho de ser partículas de tamaño nanométrico produce que tengan una alta reactividad a causa de su gran área superficial. Además, la corteza de las partículas se vuelve altamente desordenada con muchas imperfecciones, lo que conlleva que sean muy reactivas.
Por último, una ventaja importante es que pueden ser fácilmente aplicadas en procesos ya en funcionamiento, como por ejemplo añadidas a reactores tipo slurry o fácilmente fijadas en filtros de carbón activo.
¿Qué aplicación tienen las nanopartículas de hierro?
Debido a todas las ventajas descritas previamente, las nanopartículas de hierro que se han estudiado pueden ser usadas para tratamientos de suelo, aguas residuales o aguas provenientes de acuíferos.
Su versatilidad les permite ser usadas como agentes reductores, adsorbentes, para co-precipitar y en el caso de encontrarse en presencia de oxígeno disuelto o peróxido de hidrógeno puede producir radicales hidroxilos que poseen un gran poder oxidante para eliminar contaminantes orgánicos. De esta manera, una gran variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos pueden ser eficazmente eliminados por las nanopartículas de hierro como los compuestos orgánicos halogenados, los tintes, metales pesados, pesticidas, oxianiones como el nitrato o el arsenito, entre otros.
Tipos de nanopartículas más comunes
Existen varios tipos de nanopartículas, cada uno con propiedades y usos específicos. Algunos de los más comunes son:
- Nanopartículas metálicas: como las de oro, plata, cobre y hierro. Son valoradas por su conductividad, propiedades catalíticas y biocompatibilidad.
- Nanopartículas de óxidos metálicos: incluyen óxidos de hierro, zinc, titanio, entre otros. Son ampliamente utilizadas en fotocatálisis, protección solar y sensores.
- Nanopartículas poliméricas: formadas por polímeros sintéticos o naturales, usadas en liberación controlada de fármacos o encapsulación.
- Nanopartículas lipídicas: utilizadas en cosmética y medicina para transportar ingredientes activos.
- Nanopartículas cerámicas: de alta resistencia térmica y química, empleadas en materiales avanzados.
Cada tipo responde a necesidades diferentes en campos industriales, ambientales y biomédicos.
¿Cómo se hacen las nanopartículas?
Las nanopartículas se fabrican principalmente mediante dos grandes métodos: los métodos top-down y bottom-up.
- Método top-down
En los métodos top-down, se parte de materiales más grandes que se fragmentan hasta alcanzar tamaños nanométricos. Técnicas como la molienda mecánica o la ablación láser son ejemplos comunes, pero pueden presentar limitaciones en el control del tamaño y la uniformidad.
- Método bottom-up
Por otro lado, los métodos bottom-up construyen las nanopartículas a partir de átomos o moléculas mediante reacciones químicas o biológicas. La reducción química es una técnica habitual para fabricar nanopartículas de hierro, donde los sales de hierro se reducen a hierro metálico en forma de partículas nanométricas. También existen métodos ecológicos que emplean microorganismos o extractos vegetales para sintetizar nanopartículas de manera sostenible.
Gracias a estos procesos, es posible controlar con precisión el tamaño, la forma y las propiedades de las nanopartículas, adaptándolas a usos específicos en sectores como el ambiental, energético o médico, donde en Calpech aplicamos estas tecnologías para mejorar la eficiencia y sostenibilidad.
¿Para qué sirven las nanopartículas en la vida cotidiana?
Aunque las nanopartículas suenen a tecnología futurista, ya están presentes en muchos productos y procesos que usamos día a día. Te contamos algunas aplicaciones cotidianas:
- Cosmética y cuidado personal: nanopartículas de óxido de zinc y titanio se usan en protectores solares para mejorar la protección sin dejar residuos blancos.
- Textiles: se incorporan nanopartículas antimicrobianas para prendas que resisten olores y bacterias.
- Alimentos: algunos aditivos utilizan nanopartículas para mejorar la conservación y textura.
- Electrónica: en pantallas, sensores y baterías, las nanopartículas mejoran el rendimiento y duración.
- Medicina: se emplean para administrar medicamentos de forma más precisa y eficiente.
- Medio ambiente: además de la descontaminación y producción de biogás mencionadas, se usan para mejorar la eficiencia en catalizadores y filtros.
La nanotecnología está transformando múltiples industrias y sectores, haciéndolos más sostenibles, eficientes y avanzados.
En Calpech, nuestro equipo multidisciplinar está comprometido en llevar el enorme potencial de las nanopartículas a soluciones reales para la ingeniería ambiental, gestión de residuos y producción de biogás. La combinación de tres décadas de investigación y experiencia industrial nos permite innovar y aplicar los nanomateriales de manera práctica y eficiente.
Por eso, si quieres saber más sobre cómo las nanopartículas pueden transformar tu proyecto o industria, no dudes en contactarnos. Estamos aquí para ayudarte a descubrir todo lo que la nanotecnología puede hacer por el medio ambiente y tu empresa.
