Poluição de nanomateriais - Pollution from nanomaterials
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A Organização Internacional de Padronização define Nanomateriais projetados, ou ENMS, como materiais com dimensões externas entre 1 e 100 nm, a nanoescala, ou tendo uma estrutura de superfície interna nessas dimensões. As nanopartículas podem ser incidentais e projetadas. Nanopartículas incidentais incluem partículas de tempestades de poeira, erupções vulcânicas, incêndios florestais e evaporação da água do oceano. Nanopartículas projetadas (EMMs) são nanopartículas feitas para uso em cosméticos ou produtos farmacêuticos como ZnO e TiO2. Eles também são encontrados em fontes como fumaça de cigarro e demolição de edifícios. Nanopartículas projetadas têm se tornado cada vez mais importantes para muitas aplicações em produtos de consumo e industriais, o que resultou em uma maior presença no meio ambiente. Essa proliferação instigou um crescente corpo de pesquisas sobre os efeitos das nanopartículas no meio ambiente.
Fontes de nanopartículas
Produtos que contêm nanopartículas, como cosméticos, revestimentos, tintas e aditivos catalíticos, podem liberar nanopartículas no ambiente de diferentes maneiras. Existem três maneiras principais de as nanopartículas entrarem no ambiente. O primeiro é a emissão durante a produção de matérias-primas, como operações de mineração e refino. A segunda é a emissão durante o uso, como cosméticos ou protetor solar sendo lavados no meio ambiente. A terceira é a emissão após o descarte de produtos nanoparticulados ou uso durante o tratamento de resíduos, como nanopartículas em esgotos e fluxos de águas residuais.
O primeiro cenário de emissão, causando 2% das emissões, resulta da produção de materiais. Estudos de uma refinaria de metais preciosos descobriram que a mineração e o refino de metais libera uma quantidade significativa de nanopartículas no ar. Uma análise posterior mostrou níveis de concentração de nanopartículas de prata muito mais elevados do que os padrões da OSHA no ar, apesar da ventilação operacional. A velocidade do vento também pode fazer com que as nanopartículas geradas na mineração ou atividades relacionadas se espalhem ainda mais e aumentem o poder de penetração. Uma alta velocidade do vento pode fazer com que as partículas aerossolizadas penetrem nos invólucros a uma taxa muito maior do que as partículas não expostas ao vento.
A construção também gera nanopartículas durante a fabricação e uso de materiais. A liberação de materiais em nanoescala pode ocorrer durante a evacuação de resíduos de operações de limpeza, perdas durante a secagem por spray, resíduos de filtro e emissões de filtros. Em média, sprays de bomba e propelentes podem emitir 1,1 x 10 ^ 8 e 8,6 x 10 ^ 9 partículas / g.
Uma quantidade significativa de nanopartículas também é liberada durante o manuseio de pós secos, mesmo quando contidos em capelas de exaustão. Partículas em canteiros de obras podem ter exposição prolongada à atmosfera e, portanto, têm maior probabilidade de entrar no ambiente. Nanopartículas na construção e reciclagem de concreto apresentam um novo perigo durante o processo de demolição, que pode representar riscos de exposição ambiental ainda maiores. O concreto modificado com nanopartículas é quase impossível de separar do concreto convencional, portanto, o lançamento pode ser incontrolável se demolido por meios convencionais. Mesmo a abrasão e a deterioração normais de edifícios podem liberar nanopartículas no meio ambiente a longo prazo. O intemperismo normal pode liberar 10 a 10 ^ 5 mg / m ^ 2 fragmentos contendo nanomateriais.
Outro cenário de emissão é a liberação durante o uso. Os filtros solares podem liberar uma quantidade significativa de nanopartículas de TiO2 nas águas superficiais. Testes no Lago Danúbio Velho indicaram que havia concentrações significativas de nanopartículas de cosméticos na água. Estimativas conservadoras calculam que havia aproximadamente 27,2 microgramas / L de TiO2, se o TiO2 fosse distribuído por todo o volume de 3,5 * 10 ^ 6 M ^ 3 do lago.
Embora o TiO2 seja geralmente considerado fracamente solúvel, essas nanopartículas sofrem desgaste e transformação sob condições em solos ácidos com altas proporções de ácidos orgânicos e inorgânicos. Existem diferenças observáveis na morfologia das partículas entre nanopartículas de TIO2 fabricadas e naturais, embora as diferenças possam se atenuar com o tempo devido ao intemperismo. No entanto, esses processos provavelmente levarão décadas.
As nanopartículas de óxido de cobre e zinco que entram na água também podem atuar como quimiossensibilizantes em embriões de ouriço-do-mar. Prevê-se que a exposição por meio de filtro solar seja provavelmente a rota mais importante para os animais em sistemas aquáticos se exporem a partículas metálicas prejudiciais. ZnOs de protetor solar e outras aplicações como tintas, optoeletrônica e produtos farmacêuticos estão entrando no meio ambiente em uma taxa cada vez maior. Seus efeitos podem ser genotóxicos, mutagênicos e citotóxicos.
As nanopartículas podem ser transportadas por diferentes meios, dependendo de seu tipo. Os padrões de emissão descobriram que os NPs de TiO2 se acumulam em solos tratados com lodo. Isso significa que a via de emissão predominante é por meio de águas residuais. O ZnO geralmente é coletado em solos naturais e urbanos, bem como em aterros sanitários. Nanopartículas de prata de operações de produção e mineração geralmente entram em aterros e águas residuais. Comparando diferentes reservatórios pela rapidez com que as nanopartículas os poluem, ~ 63-91% das NPs se acumulam em aterros, 8-28% nos solos, ambientes aquáticos recebem ~ 7% e o ar cerca de 1,5%.
Toxicidade de exposição
O conhecimento dos efeitos das nanopartículas industriais (NPs) liberadas no meio ambiente permanece limitado. Os efeitos variam amplamente nos ambientes aquáticos e terrestres, bem como nos tipos de organismos. As características da própria nanopartícula desempenham uma ampla variedade de funções, incluindo tamanho, carga, composição, química de superfície, etc. As nanopartículas liberadas no ambiente podem interagir potencialmente com contaminantes pré-existentes, levando a efeitos biológicos em cascata que atualmente são mal compreendidos.
Vários estudos científicos indicaram que as nanopartículas podem causar uma série de efeitos adversos fisiológicos e celulares em plantas, incluindo inibição do comprimento da raiz, redução da biomassa, taxa de transpiração alterada, atraso no desenvolvimento, interrupção da síntese de clorofila, dano à membrana celular e aberração cromossômica. Embora o dano genético induzido por nanopartículas metálicas em plantas tenha sido documentado, o mecanismo desse dano, sua gravidade e se o dano é reversível permanecem áreas ativas de estudo. Estudos de nanopartículas de CeO2 mostraram diminuir muito a fixação de nitrogênio nos nódulos das raízes das plantas de soja, levando ao crescimento atrofiado. Cargas positivas nas nanopartículas foram mostradas para destruir as bicamadas lipídicas da membrana em células animais e interferir com a estrutura celular geral. Para os animais, foi demonstrado que as nanopartículas podem provocar inflamação, estresse oxidativo e modificação da distribuição mitocondrial. Esses efeitos foram dependentes da dose e variaram de acordo com o tipo de nanopartícula.
A pesquisa atual indica que a biomagnificação de nanopartículas por meio de níveis tróficos é altamente dependente do tipo de nanopartículas e da biota em questão. Embora existam alguns casos de bioacumulação de nanopartículas, não há um consenso geral.
Dificuldades de medição
Não há um consenso claro sobre os potenciais impactos humanos e ecológicos decorrentes da exposição a ENMs. Como resultado, o desenvolvimento de métodos confiáveis para testar a avaliação de toxicidade de ENM tem sido uma alta prioridade para uso comercial. No entanto, ENMs são encontrados em uma variedade de condições, tornando um método de teste universal inviável. Atualmente, as avaliações in vitro e in vivo são usadas, onde os efeitos dos NPs em eventos como apoptose, ou condições como viabilidade celular, são observados.
Ao medir ENMs, abordar e contabilizar incertezas como impurezas e variabilidade biológica é crucial. No caso dos ENMs, algumas preocupações incluem mudanças que ocorrem durante o teste, como aglomeração e interação com substâncias nos meios de teste, bem como como os ENMS se dispersam no ambiente. Por exemplo, uma investigação sobre como a presença de fulerenos impactou o achigã em 2004 concluiu que os fulerenos eram responsáveis por danos neurológicos causados aos peixes, enquanto estudos subsequentes revelaram que isso era na verdade um resultado de subprodutos resultantes da dispersão de fulerenos em tetrahidrofurano (THF ) e uma toxicidade mínima foi observada quando a água foi usada em seu lugar. Felizmente, um maior rigor no processo de teste pode ajudar a resolver esses problemas. Um método que tem se mostrado útil para evitar artefatos é a caracterização completa do ENMS no laboratório que realiza o teste, em vez de apenas confiar nas informações fornecidas pelos fabricantes.
Além dos problemas que podem surgir devido aos testes, há controvérsia sobre como garantir que os testes sejam feitos para condições ambientalmente relevantes, em parte devido à dificuldade de detectar e quantificar ENMs em matrizes ambientais complexas. Atualmente, métodos analíticos simples não estão disponíveis para a detecção de NPs no ambiente, embora a modelagem por computador seja considerada um caminho potencial para avançar. Um esforço para focar no desenvolvimento de modelos toxicológicos imparciais, acordados internacionalmente, promete fornecer maior consenso no campo, bem como permitir determinações mais precisas de ENMs no meio ambiente.
Regulamentação e Organizações
Política Atual
A regulamentação dos nanomateriais está presente nos Estados Unidos e em muitos outros países globalmente. A política atual é direcionada principalmente à exposição da fabricação de NPs no meio ambiente.
Organizações Internacionais / Intergovernamentais
Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) - Grupo de Trabalho sobre Nanomateriais (WPN)
O WPN trabalha em uma infinidade de projetos com o objetivo de mitigar potenciais ameaças e perigos associados às nanopartículas. A WPN conduziu pesquisas sobre métodos de teste, melhorias em avaliações de campo, alívio de exposição e esforços para educar indivíduos e organizações sobre sustentabilidade ambiental com relação a NPs.
Organização Internacional de Padronização (ISO) - ISO / TC 229
A ISO / TC 229 concentra-se na padronização de fabricação, nomenclatura / terminologia, instrumentação, metodologia de teste e avaliação e práticas de segurança, saúde e meio ambiente.
América do Norte
Em termos dos Estados Unidos, o FDA e a OSHA se concentram em regulamentações que evitam os danos tóxicos às pessoas de NPs, enquanto a EPA adota políticas ambientais para inibir os efeitos prejudiciais que os nanomateriais podem causar ao planeta.
Lei de Controle de Substâncias Tóxicas (TSCA)
A EPA está lidando com os regulamentos por meio de duas abordagens sob o TSCA: regra de coleta de informações em NMs novos para antigos e notificação de pré-fabricação necessária para NMs novatos. A regra de coleta exige que as empresas que produzem ou importam NMs forneçam à EPA propriedades químicas, quantidades de produção / uso, métodos de fabricação e qualquer impacto ambiental, de saúde e segurança encontrado para quaisquer nanomateriais em uso. As notificações de pré-fabricação dão à EPA melhor governança sobre a exposição a nanomateriais, testes de saúde, fabricação / processo e segurança do trabalhador, e quantidade de liberação que pode permitir que a agência assuma o controle de um NM se ele representar risco.
Iniciativa Nacional de Nanotecnologia (NNI)
Essa iniciativa de P&D envolve 20 departamentos e agências independentes que se concentram na inovação e regulamentação da nanotecnologia nos Estados Unidos. Os projetos e atividades do NNI abrangem desde P&D até a política de regulamentações ambientais e de segurança dos NMs.
Nano Saúde Ambiental e Segurança (NIEHS)
O NIEHS se construiu a partir das complicações decorrentes da realização de pesquisas e avaliações de nanomateriais. O NIEHS percebeu a rápida adoção de NMs em produtos de uma grande variedade de setores e, desde então, a organização apóia pesquisas com foco na compreensão das ameaças subjacentes que os NMs podem representar ao meio ambiente e às pessoas.
Iniciativa de Nanotecnologia do Conselho de Cooperação Regulatória Canadá-EUA (RCC)
Este plano de ação conjunto foi elaborado para que os EUA e o Canadá protejam e melhorem a segurança e os impactos ambientais dos NMs sem prejudicar o crescimento e o investimento em NMs para os dois países. O RCC supervisiona ambos os países e mantém os regulamentos, trabalha para criar novos regulamentos com o objetivo de alinhamento, garantir transparência e garantir que novas e benéficas oportunidades no setor de nanotecnologia sejam compartilhadas com os dois países.
Europa
Registro, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos (REACH) e Classificação, Rotulagem e Embalagem (CLP)
Os nanomateriais são definidos de forma consistente em ambas as legislações, a fim de promover a harmonia no uso da indústria. Em janeiro de 2020, o REACH listou requisitos explícitos para empresas que importam ou fabricam NMs nos Anexos I, III, VI, VII-XI e XII. Os relatórios de características / propriedades químicas, avaliações de segurança e obrigações do usuário a jusante de NMs são todos necessários para o relatório à ECHA.
Regulamento de Produtos Biocidas (BPR)
O BPR tem requisitos de regulamentação e relatórios diferentes do que é declarado no REACH e no CLP. São necessários dados e avaliações de risco para a aprovação da substância, requisitos específicos de rotulagem e relatórios sobre a substância que incluem o uso atual e os riscos potenciais devem ser feitos a cada 5 anos.
Ásia
Asia Nano Forum (ANF)
Essa organização em rede se concentra em garantir a fabricação responsável de nanomateriais que sejam ambientalmente, economicamente e seguros para a população. A ANF apóia projetos conjuntos com foco no apoio ao desenvolvimento seguro em economias emergentes e pesquisa técnica. De modo geral, a organização ajuda a promover políticas e regulamentações homogêneas sobre NMs na Ásia.
Comitê Técnico Nacional de Padronização de Nanotecnologia (NSTC)
Normas e políticas regulatórias são revisadas pelo NSTC. O comitê técnico SAC / TC279 concentra-se na normalização da terminologia, metodologia, métodos de avaliação e uso de materiais em campo. O comitê desenvolve protocolos de teste específicos e padrões técnicos para empresas que fabricam NMs. Além disso, o NSTC está constantemente adicionando ao seu banco de dados de toxicologia de nanomateriais para melhorar os padrões e a regulamentação.
Política Futura
Existem defensores e oponentes de uma maior regulamentação sobre nanomateriais. Os defensores da regulamentação querem que os NPs sejam vistos como uma classe e / ou tenham uma política de precaução em vigor contra eles. Os oponentes acreditam que o excesso de regulamentação pode levar a efeitos prejudiciais sobre a economia e a liberdade do consumidor e da indústria. Atualmente, existem várias políticas a serem consideradas com o propósito de alterar a regulamentação dos nanomateriais.