Introduzione: Il bisogno crescente di valutazione del ciclo di vita nanoparticella

Le nanoparticelle — particelle con almeno una dimensione inferiore a 100 nanometri — sono diventate indispensabili nella moderna produzione industriale; la loro superficie elevata, gli effetti quantici e la chimica superficiale possono consentire di raggiungere i risultati dei prodotti che vanno dai nano-compresi ad alta resistenza e dai rivestimenti antimicrobici ai sistemi di distribuzione e immagazzinamento energetico emergenti.

Il ciclo di vita industriale delle nanoparticelle

Il ciclo di vita di una nanoparticella industriale può essere suddiviso in quattro fasi principali: produzione, integrazione in prodotti, uso in-service e gestione end-of-life. Ogni fase presenta diverse opportunità per la perdita di materiale, il rilascio ambientale e l'esposizione umana, nonché punti in cui il riciclaggio o il recupero possono essere implementati.

Produzione e Sintesi

La sintesi delle nanoparticelle industriali si basa su una varietà di approcci top-down e bottom-up. I metodi comuni includono la deposizione chimica del vapore (CVD), l'ablazione laser, la fresatura a sfere e i processi sol-gel.

Integrazione nei prodotti

In vernici e rivestimenti, nanoparticelle di ossido di zinco o argento sono dispersi per fornire protezione UV o proprietà antimicrobiche. In nanocompositi polimerici, nanotubi di carbonio o nanosilica sono miscelati per migliorare la resistenza meccanica o la stabilità termica. Il processo di integrazione spesso comporta la miscelazione ad alta resistenza, alterazione o essiccazione di fase di scarico, che possono generare

Utilizzo e rilascio dei meccanismi

Tuttavia, l’usura meccanica, l’abrasione, la radiazione UV e la degradazione chimica possono liberarli. Ad esempio, la gomma nei pneumatici si abbassa durante la guida, rilasciando frammenti di carbonio nanoscala e silice in polvere da strada. I tessuti trattati con nanosilver possono rilasciare particelle attraverso il lavaggio ripetuto.

Percorsi di fine vita e dispiegamento

In caso di discarica, le nanoparticelle possono avvicinarsi a materiali di separazione in natura o interagire con la materia organica, potenzialmente alterando la loro mobilità e la loro tossicità. L'incenerimento può distruggere nanoparticelle organiche, ma può trasformare in spettri di metallo inorganico o emettere loro in cenere.

Sfide e strategie per il riciclaggio delle nanoparticelle

Tuttavia i potenziali benefici — riduzione della domanda di materie prime vergini, minore consumo energetico da sintesi evitata, e riduzione del rilascio ambientale — rendono utile lo sforzo. Il processo di riciclaggio prevede tipicamente tre fasi: raccolta e separazione, recupero e purificazione, reintegrazione in nuovi prodotti.

Tecnologie di raccolta e separazione

I sistemi di separazione dell'aria (distribuzione dell'aria) (di cui i sistemi di separazione dei materiali) devono isolare selettivamente le particelle in un intervallo di 1-100 nm da detriti più grandi e specie dissolte.

Recupero e Purificazione

L'accettazione di nanoparticelle o di altri prodotti, che possono essere utilizzati per la loro produzione, può essere effettuata in modo da evitare che i prodotti di origine animale siano utilizzati per la loro produzione.

Approcci dell'economia circolare

Il concetto di economia circolare, dove i materiali vengono utilizzati per il più lungo possibile, è particolarmente attraente per le nanoparticelle a causa dell'intensità energetica e delle risorse della loro sintesi. Diversi settori industriali stanno pilotando programmi di take-back per i prodotti nanoparticle-contenenti.

Implicazioni ambientali e sanitarie

Le proprietà fisicochimiche uniche che rendono le nanoparticelle così utili anche sollevare preoccupazioni circa le loro interazioni con sistemi biologici e ecosistemi. Le piccole dimensioni permettono loro di attraversare le membrane cellulari, legare alle proteine e viaggiare attraverso l'ambiente in modi che le particelle più grandi non possono.

Ecotossicità e bioaccumulazione

L'organizzazione di studi sull'ecosistema (SME) ha dimostrato che anche le basse concentrazioni di nanoparticelle d'argento possono interrompere la funzione di enzimi nel campo dei pesticidi e inibire la fotosintesi nelle alghe.

Rischi di esposizione umana

L'esposizione al consumo di sostanze stupefacenti (in particolare, i prodotti di consumo di sostanze stupefacenti) [(in inglese)] è un rischio per la salute [(in inglese)].

Quadri normativi e governance dei rischi

La supervisione delle nanoparticelle regolamentari è frammentata in tutte le giurisdizioni. Nel caso dell’Unione Europea, la normativa REACH richiede ai produttori di registrare nanomateriali e fornire dati di sicurezza, anche se specifici emendamenti relativi alle nanotecnologie sono ancora in fase di fase.

Le future direzioni e l'innovazione sostenibile

Il prossimo decennio probabilmente vedrà significativi progressi sia nel design che nella gestione end-of-life delle nanoparticelle. I metodi di sintesi verdi - utilizzando estratti vegetali, batteri o solventi rinnovabili - sono esplorati per sostituire i prodotti chimici dure e ridurre gli input energetici.

I consorzi collaborativi, come l'Iniziativa Nazionale per la Nanotecnologia (NNI)[ negli Stati Uniti e il Cluster Europeo NanoSafety, stanno promuovendo la ricerca interdisciplinare per costruire una base di conoscenza che abbraccia sintesi, applicazione e fine della vita.

Conclusioni

La ricerca sull'ecosistema è un'impresa che si occupa di un'economia di mercato, che si occupa di un'economia di mercato, che si occupa di un'economia di mercato, che si occupa di un'economia di mercato, che è un'impresa di produzione, che si occupa di un'economia di mercato.