Presentacion_NANOTECNOLOGIA_CESEM_2017

Vista previa del material en texto

NANOTECNOLOGIA-
NANOFILTTRACION DE CONTAMINANTES EN 
EL AGUA
HIDROGEOLOGIA PARA INGENIEROS- CESEM-USAC-2017
Jorge Iván Cifuentes Castillo
Contacto: kavic.engineering@gmail.com
MSc. Ingeniería Mecánica y 
Nanotecnología
mailto:kavic.engineering@gmail.com
Nanotribología
Nanoindentación
Nano compuestos 
Nanoestructuras
Nanofiltros 
Nanomembranas
Nanofabricación
Nanomecánica
Nanometalurgia
Nano-satélites
Nanorobótica 
Nanotecnología 
para 
contaminantes 
en el agua
Nanomedicina
Algunas Aplicaciones
Otras 
Aplicaciones de 
Nanotecnología
de Materiales
Nano-ingeniería
Propiedades ópticas
Propiedades mecánicas
Propiedades electrónicas
Construcción, puentes
Transporte, aeronáutica
Medio ambiente
Agua
Energía solar, eólica, bioenergía
Ingeniería y Ciencia de 
los Materiales
Nanotecnología 
La nanociencia ya es 
madura
La nanofabricación
está en desarrollo
La era de la 
nanotecnología es el 
uso práctico de las 
nano-estructuras 
empieza a 
extenderse
ECHAR O HECHAR ???,,¿¿¿??
NANOTECNOLOGÍA
Escala de 1 billonésima parte de un metro
Se diferencia de la Nanociencia, es la aplicación
Un nanómetro es entre 2 y 3 átomos de ancho
La nanotecnología estudia, aplica y manipula el 
comportamiento de la materia en escala nano
NO ES SOLO UNA ESCALA MAS. 
- Algunas Aplicaciones en ciencias de la 
tierra:
- Geofísica
- Sismología-Nanotribologia-Friccion-Desgaste-
Placas-Energia
- Perforación, lodos, Nano-bentonita
- Nano satélites
• Nano cerámica
• Materiales en perforación, minería
• Caracterización de materiales, minerales.
• Nanoscopia-nanoindentación
• Nanometalurgia
• Tierras raras
-LA CUARTA REVOLUCION INDUSTRIAL
- CONTINUA EL PREDOMINIO DEL CARBON
-GRAFITO
DIAMANTE
-FULLERENOS. CARBONO 60
- NANOTUBOS DE CARBONO
- GRAFENO
-Una substancia física, 
material o componente que 
tenga una estructura de menos 
de 100 nanómetros es 
llamado nano- material o 
nanocompuesto
- Algunas nano-partículas son: 
• Nanotubos de carbono
• Fullerenos
• Grafeno
• Nanobentonita
• Nano-polvos metálicos o 
cerámicos
Nanotubos de carbono de pared múltiple
MWCNT. Fuente Nanowerk
•Los nanotubos de carbono son cilindros hechos de 
átomos de carbón
•El diámetro de los nanotubos de carbón es de pocos 
nanómetros y la longitud puede ser hasta micro o 
milímetros
•Los nanotubos de carbono parecen rollos de grafito las 
paredes son como anillos de carbón en forma hexagonal
•Tienen una gran área superficial por unidad de volumen
•Los nanotubos de carbón son 100 veces mas resistentes 
que el acero y pesan una sexta parte
•Los nanotubos de carbono soportan temperatura de 
hasta 2000 grados C.
Nanotubos 
de Carbono
Hay 4 
clases 
principales 
de 
nanotubos 
de carbono:
• De pared simple o una sola 
pared SWCNT
• De paredes múltiples MWCNT
• Fulerenos y Torus
• Los nanotubos de carbono de 
pared múltiple son fabricados 
con varias capas de grafeno. 
MWCNT. Buenos para 
propiedades mecánicas y el 
costo es varias veces menor a 
SWCNT
• Los nanotubos de carbono de 
pared simple tienen grandes 
propiedades conductoras-
elèctricas. SWNT
MATERIALES 
NANOESTRUC
-TURADOS
• Todas las propiedades de la 
nanoestructura son controlados por 
los cambios en la estructura 
atómica, tamaño y crecimiento en 
los componentes
• Los materiales nanoestructurados
son formados por el control del 
tamaño del grano creando 
incremento en el área superficial 
por unidad de volumen
• La reducción en el tamaño del 
grano causa un incremento en la 
fracción volumétrica, lo cual 
produce los cambios en las 
propiedades de los materiales.
Las Nano partículas se pueden definir como ir construyendo blocks 
de nanomateriales utilizando la nanotecnología
Las Nano partículas incluyen nanotubos, nanofibras, fulerenos, 
dendrìmeros, pueden ser metálicos, no metálicos, orgánicos o 
inorgánicos
En escala nano, las propiedades físicas, químicas y biológicas son 
totalmente diferentes que en escala macro.
Muchas fuerzas o efectos como fuerzas intermoleculares, tensión 
superficial, electromagnéticas, electroestáticas, fricción, capilaridad 
son mucho mas dominantes que la fuerza de la gravedad
Los Nanomateriales pueden ser física y químicamente manipulados 
para alterar estas propiedades, y estas propiedades pueden ser 
medidas utilizando sensores e instrumentos a escala nano
ALGUNAS NANO-ESTRUCTURAS
Nanotubos de carbono 
Grafeno
Fullerenos 
Nanobentonita
Nano-partículas 
Nanobiomateriales
Nanofluidos 
Nanoconcreto
Nanocelulosa 
Nanocerámicos
Materiales Nanocompuestos –
Nanocomposites
Están «compuestos de 
uno o más 
nanomateriales para 
mejorar las propiedades
La mejora de las 
propiedades es por cada 
nanomaterial individual
Las propiedades 
mecánicas como 
resistencia a la tracción, 
modulo de elasticidad se 
incrementan 
sustancialmente
PROPIEDADES MECÁNICAS
Algunas 
propiedades de 
los materiales
Dureza
Resistencia al 
desgaste
Resistencia a la 
fricciónTenacidad
Resistencia a 
la tracción
Ductilidad
EJEMPLOS 
DE 
NANOCOMPUESTOS
•Nanocompuestos de matriz 
cerámica, metálica o 
polímero
•Estructuras o 
nanocompuestos de capas 
delgadas, fibras, 
autoensamblaje
•Nanocompuestos con 
heteroestructuras formadas 
de varias capas inorgánicas 
y orgánicas, liderando los 
materiales multifuncionales
•Nanoalambres de varios 
materiales
OTRAS 
APLICACIONES DE 
LA 
NANOTECNOLOGÌA 
DE MATERIALES
Tratamiento de 
contaminantes en 
el agua
•Medio ambiente
•Nanomedicina
•Nanosatèlites
•Celdas solares 
fotovoltaicas
•Nano-energía
•Motores moleculares
•Nanofiltros
OTRAS APLICACIONES DE NANOTECNOLOGÌA 
Refrigeración y aire acondicionado
Bionanomateriales
Bioenergía
Propiedades Ópticas
Propiedades Electrónicas
Propiedades Antibacteriales
NANOTRIBOLOGIA
Nanomedicina
Nanoindentaciòn
Nanosensores y Nanobiosensores
INSTRUMENTOS PARA NANOTECNOLOGÎA DE 
MATERIALES
Microscopio de 
fuerza atòmica
AFM
Microscopio de 
escaneo 
electrónico 
SEM
Energías de 
dispersión. 
EDS.
Difracción de 
rayos X .XRD. 
XFRD
Microscopio de 
Transmisión 
electrónica TEM
Raman 
Espectroscopia
Microscopio de 
túnel de 
barrido . STM
SEM = STM SI o NO ???¡¡¿¿ 
Imagen SEM de nanocompuesto de matriz epoxi con 
nano-polvos de aluminio. 
Nano-aluminio con y sin funcionalizar o modificación 
superficial.
SIN CON
AFM. MICROSCOPIO DE FUERZA ATÒMICA
SEM MICROSCOPIO DE BARRIDO O ESCANEO 
ELECTRÒNICO. 
Jeol JSM 7800F
FIELD EMISSION SCANING 
MICROSCOPE- FESEM
Fuente ZEISS. 
EDS Y XPS
Fotos Laboratorio UNAM. 
Espectroscopia de electrones foto-
emitidos (X-ray Photoelectron
Spectroscopy
NANOTRIBOLOGIA
- EL RENACIMIENTO DEL ESTUDIO DE LA FRICCIÓN Y EL DESGASTE
DESGASTE EN NANOCOMPUESTO DE ALUMINIO-EPOXI
NANOTRIBOLOGÌA : ESTUDIO Y 
COMPORTAMIENTO DE LA FRICCIÒN Y EL 
DESGASTE 
En Nanoescala los enlaces atómicos y
moleculares tiene un comportamiento
diferente al estudiar la fricción; la
superficie y el área si son factores
que determinan el coeficiente de
fricción y desgaste.
• Independiente de la superficie 
de contacto 
• - Proporcional a la fuerza normal 
• - Diferente en estudio estático y 
dinámico 
• - Independiente de la velocidad 
de deslizamiento 
En 
macroescala 
la tribologìa 
de contacto 
e interfacial 
son: 
La fricción en la 
nano-escala : 
Depende del área de 
contacto real (no 
geométrica) 
- Depende de la 
velocidad de 
deslizamiento 
- Los lubricantes líquidos se 
vuelven demasiado viscosos 
cuando están confinados en 
un espesor igual al de una 
capa molecular
Las fuerzas 
intermoleculares y 
atómicas que 
interactúan son: 
- Enlace 
iónico 
- Enlace 
covalente 
- Enlace 
metálico 
- Enlace de 
hidrógeno 
- Fuerzas de 
Van Der 
Waals
NANOTRIBOLOGÌA
NANOINDENTACIÒN
NANOTECNOLOGÌA PARATRATAMIENTO DE CONTAMINANTES EN 
EL AGUA
- Nano-filtración
- Nanomembranas
- Nanofibras
- Separación con nanomembranas de grafeno y 
nanotubos de carbón y electro-separación
NANOMEMBRANAS PARA FILTRACIÒN-ELECTRODEPOSICIÒN
UNIVERSIDAD DE STANFORD. AGOSTO 2016. AGUA POTABLE
UNIVERSIDAD DE STANFORD, NANOMEMBRANA, 
NANOTUBOS, ELECTRODEPOSICIÓN
NANOMEMBRADA DE ALGODÒN CON 
NANOTUBOS DE CARBON MWCNTS
Según la calidad de agua que ingresa es el ciclo
de vida del cartucho cambiable con materiales
nano-estructurados, pueden ser 6 meses, cada 2
años.
Fuente Open Water technologies. España. 
Agua 
contaminada 
1
Prefiltro Nanofiltro
Material 1 Nanoestructurado
2
Nanomaterial
3
Prefiltro
malla
Nanocerámico Nanomembrana
o nanofibras
Depende la calidad de agua que entra al proceso
de nanofiltración. Solidos en suspensión,
bacterias, heces, virus, metales pesados,
arsénico.
RESULTADOS DE LA NANOFILTRACION
Politechnika Slaska. Poland
KYUNG HEE UNIVERSTITY, SOUTH KOREA
Algunas Referencias
Inés Gutiérrez Fernández, (marzo 2015) Tesis Doctoral “Aplicación de Materiales
Nanoestructurados Metal-Organicos (MOFs) en Procesos de Adsorción y Catálisis
Heterogénea, Universidad de Oviedo, España.
Angel Valero Navarro (marzo 2011) Tesis Doctoral “Materiales Nanoestructurados de
Última Generación para la Detección Óptica y el Reconocimiento Selectivo de Moléculas
de Interés Biológico y Ambiental”. Universidad de Granada España, ISBN: 978-84-694-
29573.- Agrochimica, Vol. LVII - N. 4 October-December 2013
Pilgrim N., Roche B., Revels C., Kingdom B., Kalbermatten J. (2004)Town Water supply 
and sanitation.
Savage, N., & Diallo, M. S. (2005). Nanomaterials and water purification: opportunities 
and challenges. Journal of Nanoparticle research, 7(4-5), 331-342.
Pérez Corimayta, A. (2010). NANOTUBOS DE CARBONO. Revista de Información, 
Tecnología y Sociedad, 10. 
Rafiee J, Mi X, Gullapalli H, Thomas AV, Yavari F, Shi Y, Ajayan PM, & Koratkar NA (2012). 
Wetting transparency of graphene. Nature materials 
NSTC, "National Nanotechnology Initiative: Leading to the Next Industrial 
Revolution" A Report by the Interagency Working Group on Nanoscience", Engineering 
and Technology Committee on Technology, National Science and Technology Council, 
Washington, D.C. February 2000. 
Cifuentes, Jorge I. (2015) Mejora en la salud utilizando la nanotecnología para filtración 
y tratamiento de contaminantes en el agua. Universidad de San Carlos de Guatemala. 
www.researchgate.net DOI:10.13140/RG.2.1.19 40.5927
Valero Navarro A. (2011) Tesis Doctoral “Materiales Nanoestructurados de Última 
Generación para la Detección Óptica y el Reconocimiento Selectivo de Moléculas de 
Interés Biológico y Ambiental”. Universidad de Granada España, ISBN: 978-84-694-
2957. Marzo. 
Xu, Y., Bai, H., Lu, G., Li, C., & Shi, G. (2008). Flexible graphene films via the filtration of 
water-soluble noncovalent functionalized graphene sheets. Journal of the American 
Chemical Society, 130(18), 5856-5857.
http://www.researchgate.net/
MUCHAS GRACIAS
CONTACTO: kavic.engineering@gmail.com
mailto:kavic.engineering@gmail.com