Nanotecnología para el medio ambiente. Eliminación de contaminantes mediante nanomateriales

La nanotecnología podría definirse como un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a nivel nanométrico (de 1 nm a 100 nm). En esta escala se pueden definir diversos tipos de materiales [1]:

• Nano-objeto: material con una, dos o tres de sus dimensiones externas en la nanoescala.
• Nanopartícula: nano-objeto con sus tres dimensiones externas en la nanoescala.
• Nanoplato: nano-objeto con una sola dimensión externa en la nanoescala.
• Nanofibra: nano-objeto con dos dimensiones externas similares en la nanoescala y la tercera de dimensión mucho mayor.

El aspecto fundamental de los nano-objetos es que se comportan de forma diferente a sus formas macroscópicas. El motivo es que, al reducir su tamaño, su superficie no disminuye proporcionalmente, dando una relevancia mucho mayor a los fenómenos de superficie. Los nano-objetos tienen una relación superficie/volumen muy elevada. Así, si imaginamos una esfera de 10 μm, su área superficial seria de 400π μm2; en cambio, si dicha esfera estuviese formada por nanoesferas de 10 nm (nanopartículas), la superficie total seria de 4·105π μm2, es decir, 1.000 veces superior para la segunda esfera. Es precisamente el pequeño tamaño el que infiere a las nanopartículas un elevado radio de curvatura, provocando que exista un elevado número de átomos con baja coordinación en su superficie y, por consiguiente, una elevada reactividad. Además, por ejemplo, en el caso de las nanopartículas metálicas, las propiedades ópticas, electrónicas y catalíticas, dependen de su tamaño, pero también de su forma y de su estructura cristalina. De hecho, pueden cambiar por completo las propiedades respecto a sus homólogos en la micro o la macroescala. Así, el óxido de titanio y el óxido de zinc, sintetizados como nanopartículas, son transparentes a la luz visible; mientras que a escala mayor adquieren color blanco. Esta característica hace que se utilicen nanopartículas de óxido de titanio o de óxido de zinc en cremas solares, al ser transparentes al visible, pero impedir el paso de los rayos UV.
Estas características hacen que los nanomateriales tengan aplicaciones en campos como la electrónica y la fotónica, la catálisis, el almacenaje de información, en sensores químicos y en imagen, en liberación de medicamentos o en remediación ambiental [2, 3]. El uso de dichos materiales ha supuesto en algunos casos una revolución en el sector. Sería el caso de la microelectrónica, en el que hasta la fecha existe como límite los 100 nm en la dimensión lateral de los circuitos integrados, pero que claramente, con los avances en nanoelectrónica, dicha limitación podrá ser superada, aumentando el rendimiento y las prestaciones de los futuros procesadores [4].