miércoles, 8 de abril de 2009

Nano-materiales: Nuevos Materiales del Siglo XXI

Vladimir Lavayen
Departamento de Física, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso 2390123, Chile
Área de Ciências Naturais e Tecnológicas, Centro Universitário Fransiscano, Santa Maria, 97010-032, RS, BrazilE-mail address corresponding author:
vladimir.lavayen@usm.cl
Los tiempos actuales muestran vientos favorables y oportunidades para los bolivianos, algo que muchos países no lo tienen, una de ellas es las reservas gasiferas que se encuentran en diversas partes del país, con ello se puede crear y desarrollar la industria petroquímica en un país que necesita salir adelante de la situación en la que se encuentra.
Otra área de las ciencias, que está acaparando mucha atención y se está llevando en algunos países; la que puede ser denominada como “La Segunda Revolución Industrial”. Que es la investigación en el área de Nanociencia- Nanotecnología.
Según H. Terrones uno de los más prominentes científicos en el área, la Nanociencia consiste en la capacidad de controlar átomos y moléculas para formar nuevas estructuras y nuevos materiales de acuerdo con nuestras necesidades específicas. El prefijo Nano se refiere a escalas de tamaño mil millones más pequeñas que las que observamos a simple vista (1 x 10-9m) [1].
Esta área es muy promisoria porque materiales hechos en base de hojas de grafeno enrollados en el orden de los nanómetros pueden presentar propiedades conductoras o semiconductoras, los cuales son increíblemente rígidos, como resultado, la formación de un material hasta 100 veces más resistente que el acero y seis veces más ligero. La aplicación de la Nanociencia se le llama Nanotecnología.
No solo existen estructuras de carbono, el cual es el más conocido, si no hay otras estructuras en el orden de los nanómetros en base a compuestos inorgánicos.
A diferencia de lo que sucedió en el siglo XX, donde la mayoría de los científicos trabajaban de manera uni-disciplinaria - como islas - de forma independiente y con barreras entre la teoría y la experimentación.
Esta nueva área, necesita el conocimiento científico que involucra la interacción multidisciplinaria sin obstáculos entre experimento, teoría y aplicación de diversas áreas como la química, física, ingeniería eléctrica, mecánica, biología molecular, biotecnología.
Hasta aquí parece todo lo explicado como un cuento de hadas, pero cuando él autor se pregunta: Podrá existir Nanociencia y Nanotecnología en Bolivia? O pasara lo mismo que en décadas pasadas, como los 70s con el estaño, los 80s con el litio y la energía geotérmica y ahora con los campos gasiferos, solo retorica y además solo nos dedicaremos a ser observadores y no hacer nada, esperando el apoyo gubernamental culpándolo por lo sucedido.
Para responder esta pregunta se debe conocer los siguientes puntos:
- Esta nueva área tiene no más de 15 años en el mundo.
- Se tiene un grupo pequeño pero capaz de profesionales bolivianos con diversas especializaciones que quieren contribuir por su país y que están por todos los rincones del planeta y en Bolivia.
- Hay pocos investigadores e instituciones en el país, los cuales pueden ser enfocados para este tipo de trabajos multidisciplinario.

- Los nanotubos de carbono por su potencialidad han sido declarados como estratégicos, es así que a vieja idea de “importar a precios elevados y apretar el botón de encendido”, que se realiza frecuentemente en Bolivia no pueda ser aplicada.

- Alrededor del mundo se está invirtiendo gran cantidad de recursos económicos para desarrollar la Nanociencia y la Nanotecnología.

- Estados Unidos duplico el gasto público en investigación en nanotecnología de $u$ 250 millones a 500 millones de dólares en tres años (1997-2000) - el año 2005, fueron de $u$ 800 - Japón gastó $u$ 128 millones en 1997 y en Europa occidental 120 millones de dólares en el mismo periodo [1].

- Países latinoamericanos como México y Brasil poseen contados grupos de clase mundial en esta nueva área de trabajo, además se cuenta con el Centro Brasilero-Argentino de Nanotecnología-CBAN.
Con todo lo expuesto, todavía se está a tiempo para poder entrar en esta “Segunda Revolución Industrial” y así crear nuevos materiales para el siglo XXI.

Todavía Bolivia puede tener una oportunidad única de hacer ciencia en un área que promete mucho y que solo se ha visualizado muy poco.

Estamos a tiempo para poder preparar recursos humanos, crear lazos entre la poca industria que se tiene en el país y el gobierno.
Si bien en el pasado llegamos tarde para participar en casi todas las áreas del desarrollo científico y solo nos dedicamos a ser observadores pasivos.

Es tiempo para pasar a jugar un rol más activo, para poder hacer algo en el país para poder comenzar a crear condiciones, adecuadas que junto a diversos factores puedan crear una masa crítica en esta área en el país.

Para terminar, me cabe dos preguntas: Sera que podremos crear nano-materiales en Bolivia?, nuevamente desaprovecharemos otra oportunidad como país para salir de la pobreza y atraso en la que está sumida Bolivia?

Referencias
[1] H. Terrones, M. Terrones, The Shape of Carbon: Novel Materials for the 21st Century, Advanced In Nano-engineering electronics Materials and Assembly, Royal Society Series on Advances in Science, 1793-1827. 2007.
[2] Colin Macilwain, Nature 400, 95, 1999.

domingo, 5 de abril de 2009

ARCILLAS NATURALES (MOTMORILLONITA) EN LA REMOCION DE METALES PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS POR LA ACTIVIDA MINERA EN ZONAS RURALES DE BOLIVIA

ARCILLAS NATURALES (MOTMORILLONITA) EN LA REMOCION DE METALES PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS POR LA ACTIVIDA MINERA EN ZONAS RURALES DE BOLIVIA.

MSc. Lic. Jenny Rojas C
Universidad Mayor de San Simón, Facultad de Ciencias y Tecnología, Cochabamba, Bolivia
jennymrojas@hotmail.com


Una de las actividades comerciales más importantes en Bolivia durante varias décadas, ha sido la mineria; en la actualidad la producción es a menor escala y está organizada en una pequeña minería bajo sistema cooperativizado, con la explotación de minerales de Zinc (Zn), Plomo(Pb), Plata(Ag) y Antimonio (Sb), conteniendo además Cadmio(Cd), Cobre(Cu), Bismuto(Bi) y Arsénico(As); una minería mediana desarrollada por compañías mineras que explotan Estaño(Sn) y Sb y una nueva minería en la cual compañías extranjeras, introdujeron nuevas tecnologías para la extracción de Oro(Au), Ag, Zn y Pb, principalmente.

Esta actividad genera residuos líquidos ácidos con elevada turbidez, que contienen principalmente metales, sulfatos y cloruros, residuos que en la mayoría de los casos, no reciben tratamiento alguno y que junto a lixiviados de residuos sólidos , acumulados a la intemperie por varias décadas, son descargados a cuerpos de agua o al medio ambiente, constituyéndose en una de las principales fuentes de contaminación de aguas en zonas mineras, como es la cuenca del Rio Chayanta en el Norte de Potosí, Bolivia.
Investigaciones realizadas muestran la presencia de elevadas concentraciones de metales entre otros, As (6 -24 μg/l), Cd (260-2620 μg/l), Pb (10-21 μg/l) en cuerpos de agua que reciben descargas de la minería, como el Rio Chayanta , a diferencia de ríos de referencias (ríos que no reciben descargas mineras), que contienen bajas concentraciones de metales As ( < 5 μg/l), Cd (< 1 μg/l), Pb (< 2 μg/l), entre otros (1).
Las poblaciones en el Norte de Potosí sufren de escasez de agua durante gran parte del año, por las condiciones climáticas secas de la región, por lo que habitantes de poblaciones como Quila Quila (situada a aproximadamente 70 Km de los centros mineros) utilizan aguas de la cuenca del rio Chayanta para consumo humano con elevadas concentraciones de Cd (23 -63 ppb) y en la irrigación de sus cultivos agrícolas, afectando probablemente a la salud de las personas, ya que encuestas realizadas muestran que el 80% de la población encuestada adolecen permanentemente de dolores estomacales.
Considerando que los procesos de tratamiento convencionales de remoción de metales, como son la precipitación química, intercambio iónico a través de resinas, uso de membranas entre otros, se constituyen en tecnologías inviables a ser utilizadas en comunidades rurales, por su elevado costo y la complejidad de su manejo , en el Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental de la Universidad Mayor de San Simón, Cochabamba, Bolivia, se viene desarrollando investigaciones dirigidas al uso de arcillas naturales como es la Motmorillonita, para la remoción de metales en aguas contaminadas por la actividad minera, como una alternativa de tratamiento eficiente, de bajo costo y de posible aplicación en comunidades rurales del Norte de Potosí.
El uso de materiales arcillosos durante los últimos años están siendo estudiados como una alternativa eficiente en la remoción de metales, por la elevada superficie especifica, capacidad de adsorción e intercambio que estos poseen, la cual puede ser considerablemente incrementada con tratamientos químicos y térmicos; sin embargo para fines de aplicación en comunidades rurales se optó por investigar el proceso de remoción de metales utilizando arcilla (motmorillonica) en su forma natural, previamente caracterizada a través de análisis fisicoquímicos y difracción y fluorescencia de rayos X .
Varias investigaciones han sido realizadas utilizando arcilla en polvo como material adsorbente de los metales presentes en el agua; lo cual no podría aplicarse en comunidades rurales por la considerable generación de lodos, el cual requieren de un manejo adecuado. Por lo anterior, las investigaciones que se están realizando utilizan arcilla en forma de pellets, los cuales son fabricados mezclando arcilla molida, carboximetilcelulosa como aglutinante y agua, pasados por un extrusor y cocidos a una temperatura de 900°C.
Inicialmente se realizó ensayos de remoción de cadmio, utilizando soluciones estándar, previa determinación de variables como la concentración del metal, el pH optimo de remoción y el tiempo de contacto del metal con el material adsorbente. El rango de concentración de cadmio estudiado fue de 0,1 a 5 ppm de Cd, en rango de pH entre 4 a 8 , para diferentes tiempos de contacto . Los resultados obtenidos muestran en las condiciones experimentales y con el material adsorbente, que el pH óptimo esta en el orden de 6, y que para un tiempo de contacto de 2 horas, se alcanzan remociones próximas al 60%, bajo sistema discontinuo (2).
En la actualidad se vienen desarrollando investigaciones que permitan establecer la influencia de estos metales y aniones en el proceso de adsorción sobre arcillas de motmorillonita en forma de pellets, considerando que en aguas contaminadas con la actividad minera, el cadmio se encuentra junto a otros metales en concentraciones considerables, entre ellos el plomo y el cobre y aniones como sulfatos y cloruros.

Referencias
1) Rojas J., VandeCasteele C., Influence of mining activities in the north of Potosi, Bolivia on the water quality of the Chayanta river, and its consequences. Environmental Monitoring and Assessment.(2007) 132:321-330.
2) Encinas E., Zubieta E., Rojas J. Remoción de cadmio proveniente de la actividad minera mediante materiales arcillosos. Congreso Internacional sobre desarrollo , medio ambiente y recursos naturales. Vol. II, pp 873- 880, Cochabamba, Bolivia (2007)

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