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Aplicaciones de las Nanopartículas de hierro

¿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 nano ciencia o ciencia de la materia a escala nano métrica (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 nano métrica, 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 nano materiales se ha sintetizado, entre ellos destacan las nanopartículas, los nano hilos, 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 nano materiales?


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 nano métrica, pueden ser usados para catalizar reacciones, descomponer contaminantes, producir esterilización antimicrobiana, adsorber y separar dioxinas, tintes y otros contaminantes orgánicos o metales pesados. La lista de posibles aplicaciones de los nano materiales 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 nano materiales, 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 nano métrico 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. Otra 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 se ha estudiado que 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.



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