Nanotecnologia "verde"

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Nanotecnologia "verde"

  1. 1. Nanotecnologia “verde” (Green nanotechnology) Seminário apresentado para a disciplina de Química Ambiental Professora Isabel Aluno Thiago Ribeiro Rio de Janeiro, 22 de Setembro de 2015
  2. 2. O que é nano?
  3. 3. O que é nano?
  4. 4. Um pouco de história - 3,5 bilhões de anos atrás – As primeiras células vivas aparecem. As células possuem biomáquinas nanométricas.
  5. 5. Um pouco de história - Século IV A.C. – Cálice de Lycurgus. Feito de vidro e impregnado com nanopartículas de ouro. Verde quando reflete a luz (como a luz do sol) e vermelho quando transmite a luz (fonte dentro do cálice).
  6. 6. Um pouco de história - 1905 – Albert Einstein publica um artigo onde estima que o diâmetro de uma molécula de açúcar é de cerca de um nanômetro. - 1931 – Foi desenvolvido o microscópio eletrônico (Trasmissão, Varredura e Tunelamento).
  7. 7. Um pouco de história - 1959 – O físico Richard Feynman em uma palestra intitulada "Há mais espaços lá embaixo", sugeriu a manipulação dos átomos como forma de construir novos materiais.
  8. 8. O que é possível fazer?
  9. 9. O que é possível fazer?
  10. 10. - Efeitos Quânticos: Síntese em nanoescala permite mudar propriedades micro e macro dos materiais sem mudar composições químicas (Física Newtoniana → Mecânica Quântica). Podem ter novas propriedades, como condutividade elétrica, elasticidade, maior resistência, cor diferente e maior reatividade. Ex: nanotubos. Por que a nanoescala é tão importante?
  11. 11. - Área de Superfície: Componentes na nanoescala possuem área de superfície muito maior com relação ao volume; ideal para uso em materiais compósitos, sistemas reatores, medicamentos e armazenamento de energia. Ex: nanocatalizador (Mais reativos, mais superfície de contato). Por que a nanoescala é tão importante?
  12. 12. Por que a nanoescala é tão importante?
  13. 13. Mas…………..
  14. 14. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas - Os nanotubos de carbono são considerados potencialmente tóxicos, devido à sua semelhança com amianto e fibras cancerígenas. Espera-se que sejam biologicamente persistentes no corpo. - Há também as nanopartículas magnéticas, que são amplamente utilizadas (por exemplo, na remediação de águas contaminadas). Sob a forma de SPIONs (óxido de ferro superparamagnético) são tóxicas, pois têm a capacidade de agregar devido à sua forma e tamanho. Fonte: Roy, Nidhija, et al. "Green synthesis of silver nanoparticles: an approach to overcome toxicity." Environmental toxicology and pharmacology 36.3 (2013): 807-812.
  15. 15. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas - Em ambiente aquático: - A aglomeração, agregação e precipitação de nanopartículas na água do mar resultaria na deposição das nanopartículas sobre biofilmes de sedimentos, talvez com subsequente acumulação nos sedimentos e exposição aos organismos. Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  16. 16. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  17. 17. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  18. 18. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas - Em ambiente aquático: - Os microrganismos são de grande importância ambiental, porque eles são a base dos ecossistemas aquáticos e prestam serviços ambientais fundamentais que vão desde a produtividade primária à ciclagem de nutrientes e decomposição de resíduos. Consequentemente, a compreensão da toxicidade das nanopartículas aos micróbios é um bom indicador dos impactos das nanopartículas ao meio ambiente. Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  19. 19. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  20. 20. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=25655.php
  21. 21. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas - Em ambiente terrestre: - Foi relatada a toxicidade de nanopartículas de alumínio no crescimento das raízes de cinco espécies de plantas (repolho, cenoura, milho, pepino e soja) expostas a suspensões aquosas das nanopartículas de alumínio, mas apenas em concentrações elevadas (2.000 mg/L). Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  22. 22. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  23. 23. Estudos sobre biodisponibilidade e toxicidade de nanopartículas Fonte: Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  24. 24. Avaliação do ciclo de vida
  25. 25. Fonte: Dahl, Jennifer A., Bettye LS Maddux, and James E. Hutchison. "Toward greener nanosynthesis." Chemical reviews 107.6 (2007): 2228-2269. Síntese de nanopartículas
  26. 26. Fonte: Duan, Haohong, Dingsheng Wang, and Yadong Li. "Green chemistry for nanoparticle synthesis." Chemical Society Reviews (2015). Síntese de nanopartículas
  27. 27. - Muitas das preparações dos blocos de construção da nanotecnologia envolve produtos químicos perigosos, baixos graus de conversão, altos requisitos de energia e difícil purificação dos seus resíduos. - Algum progresso em direção a síntese “verde” de nanopartículas já foi feito. Por exemplo, uma síntese mais eficiente e menos tóxica de nanopartículas metálicas tem sido desenvolvida, produzindo uma maior quantidade de nanopartículas, em menos tempo, sob condições mais suaves, utilizando reagentes menos perigosos do que a preparação tradicional. - Nanopartículas metálicas foram sintetizadas utilizando plantas e microrganismos vivos. Síntese de nanopartículas Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de nanopartículas metálicas e suas aplicações como nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.
  28. 28. - A via de síntese biológica tem sido efetuada, sobretudo, através do uso de bactérias, fungos, plantas e cianobactérias. Existem muitos relatos de micossínteses (síntese via fungos) de nanopartículas metálicas usando diferentes espécies. Muitas plantas têm sido usadas para a síntese de nanopartículas. - O método de fitossíntese (síntese via plantas) é rápido, ecologicamente correto e rentável, com processamento downstream mais fácil que a micossíntese. Quando comparada à fitossíntese, a micossíntese é mais demorada e a biomassa é difícil de ser processada. - Portanto, a fitossíntese chama muito a atenção de pesquisadores de todo o mundo. São três fatores chaves na síntese dessas nanopartículas metálicas: o agente redutor, o meio de reação e o agente estabilizador. Geralmente, nanopartículas biosintetizadas possuem forma esféricas. Síntese “verde” de nanopartículas Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de nanopartículas metálicas e suas aplicações como nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.
  29. 29. - Síntese verde a partir de extrato de plantas é a técnica mais simples de sintetizar nanopartículas. As plantas produzem biomoléculas funcionais que reduzem ativamente íons metálicos. Além disso, atuam como agentes protetores e estabilizadores das nanopartículas. Alguns exemplos de síntese de nanopartículas de prata utilizando extratos de folhas incluem o uso de alfafa, folhas de gerânio, Aloe vera (babosa), etc. - Interessantemente, todas as partes das plantas podem ser usadas de modo eficiente para sintetizar nanopartículas, como as folhas, caules, sementes, frutos, latex, etc. A biomassa morta e seca da planta também pode ser usada para a síntese bem sucedida de nanopartículas. Síntese “verde” de nanopartículas Fonte: Rai, Mahendra. "Nanobiotecnologia verde: biossínteses de nanopartículas metálicas e suas aplicações como nanoantimicrobianos." Ciência e Cultura 65.3 (2013): 44-48.
  30. 30. El-Sheikh, M. A., et al. "Green synthesis of hydroxyethyl cellulose- stabilized silver nanoparticles." Journal of Polymers 2013 (2013). Metanal (Formaldeído) Agente redutor na síntese de nanopartículas de prata Hidroxietilcelulose – HEC (Polissacarídeo natural) Síntese “verde” de nanopartículas
  31. 31. El-Sheikh, M. A., et al. "Green synthesis of hydroxyethyl cellulose- stabilized silver nanoparticles." Journal of Polymers 2013 (2013). Wavelength 390–420 which is the formation of silver nanoparticles Síntese “verde” de nanopartículas
  32. 32. Muito obrigado!!!

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