Projekt využití vlastností elementárního železa podpořila dotací 26 milionů Kč v rámci programu Nanotechnologie pro společnost Akademie věd ČR.
TUL zkoumá nanoželezo při sanaci spodních vod
Možnosti, jak rychleji a účinněji sanovat kontaminované podzemní vody pomocí nanočástic železa, zkoumá vědecký tým Miroslava Černíka z Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technické univerzity v Liberci.
Projekt využití vlastností elementárního železa podpořila dotací 26 milionů Kč v rámci programu Nanotechnologie pro společnost Akademie věd ČR. Liberečtí vědci při jeho realizaci spolupracují s vědeckými týmy brněnské Masarykovy univerzity, olomoucké Univerzity Palackého a s firmou Aquatest
PROBLEMATIKA SPODNÍCH VOD
Realizace projektu s názvem "Výzkum výroby a použití nanočástic na bázi nulmocného železa pro sanace kontaminovaných podzemních vod" byla zahájena loni v červenci. Ukončení projektu bylo stanoveno za 2,5 roku, tedy v roce 2008. Do té doby by mělo být zřejmé, jak se vyrovnat se závažným a neblahým dědictvím minulosti v podobě silně znečištěného podzemí průmyslovou výrobou. Kontaminace spodních vod je vážným problémem pro současnost i budoucnost. Mnoho lokalit v ČR je znečištěno chlorovanými uhlovodíky, například tetrachlorem. Do spodních vod se tyto látky dostaly neopatrným používáním rozpouštědel při různých výrobách. Nebezpečným typem je také šestivalentní chrom. Je rozpustný ve vodě, a vyznačuje se proto velkou migrací. Je jedovatý a karcinogenní, a pokud se dostane ke zdroji pitné vody, znamená velké zdravotní riziko.
NANOČÁSTICE MÍSTO VRTŮ
Sanace podzemních vod je naprosto nezbytná a provádí se v mnoha lokalitách.
Dřívější metody, při kterých se kontaminovaná voda odčerpávala z vrtů vyhloubených do kolektoru spodní vody, jsou málo účinné a prostorově omezené. "Účinnější se jeví postup, při kterém se do podzemí nasákne účinná látka schopná vyvolat reakci, při které se kontaminant mění na méně toxickou látku, nebo se v podzemí stabilizuje tak, aby kontaminace dále nemigrovala. To jsou metody založené na oxidačně redukčních procesech. Jako vhodná účinná látka se již osvědčilo elementární železo," vysvětluje Miroslav Černík. Proto je podle něj cílem projektu vývoj a výroba nového nanomateriálu na bázi povrchově modifikovaných železných nanočástic.
Podstata reakce, při které se mění vlastnosti toxických látek, je založena na schopnosti nanočástic železa působit na některé látky a měnit jejich oxidační stav. Například redukovat mocenství chromu v toxických látkách ze šesti na tři. Trojvalentní chrom je méně rozpustný i méně pohyblivý, vysráží se a kontaminovaná voda se stane opět pitnou. Vědci českých vysokých škol dělají také experimenty na reakci nanoželeza s dalšími kontaminanty, jako je arzen, který se do přírody dostal z nedostatečně zabezpečených koželužen. Ukazuje se, že po reakci s nanoželezem se snižuje jeho rozpustnost vazbou na vznikající oxidy železa. Nadějně vypadají také experimenty reakcí nanočástic železa s šestimocným uranem, který nadlimitně vytéká z některých uranových dolů. Ten se po reakci s nanoželezem vysráží jako méně toxický čtyřmocný prvek. Nanočástice železa mají tendenci reagovat už se samotným kyslíkem ve vodě. Těmito reakcemi se zvyšuje zásaditost vody, což by mohlo pomoci u vod kontaminovaných kyselinami.
RYCHLEJŠÍ NEŽ STARÉ POSTUPY
Nová metoda, kterou nyní na Technické univerzitě v Liberci prověřují, je rychlejší, účinnější metoda, a přitom levnější než staré postupy. "Ve vědecké literatuře se uvádí, že nanočástice železa reagují se sedmdesáti různými sloučeninami, proto je výběr konkrétní lokality na pilotní ověření velmi důležitý. Před vlastní aplikací však musíme ověřit optimální koncentraci železa, aby reakce i migrace byly optimální. Chceme prověřit a vyhodnotit také reakci nanoželeza s polychlorovanými bifenyly, domníváme se, že by nanočástice bylo možné využít i při odstranění dusičnanů z vod a podobně," dodává Černík.
Reakce železa, při které dochází ke změně oxidačního stavu toxického prvku, se již využívá v praxi tak, že se do cesty putujícímu kontaminačnímu mraku ve spodních vodách postaví hydraulická stěna vyplněná železnými pilinami. Kontaminační mrak stěnou proteče a voda se vyčistí. Tato metoda je ale prostorově příliš omezená, těžkopádná a často nepostihne hlavní oblast znečištění. Čeští vědci si slibují, že ji budou moci nahradit moderním postupem s použitím nanočástice železa. Výhodou je, že nanočástice mají ve srovnání s pilinami větší měrný povrch a vyšší reaktivitu. Volně se ve vodě pohybují a zasáhnou větší prostor. Použití nanoželeza již pilotně ověřovali na pěti lokalitách například ve Spolchemii Ústí nad Labem nebo v Kuřívodech, při sanaci po sovětské armádě.
STARÉ DOLY: ZDROJE "NA DOSAH RUKY"
Levný zdroj vhodných nanočástic železa je přitom takříkajíc na dosah ruky. Ve starých důlních štolách zaplněných na pohled nevábným blátem. Tým pracovníků Masarykovy univerzity ale objevil, že podstatnou část tohoto odpadního sedimentu nahromaděného ve starých dolech, např. v lokalitě Zlaté hory v Jeseníkách, tvoří přirozeně nanorozměrný oxid železitý (ferrihydrid). "Společně jsme přišli na myšlenku získat z tohoto sedimentu potřebné nanoželezo, schopné redukovat kontaminaci i migrovat do potřebné vzdálenosti. Užitek by byl tak dvojnásobný, jednak bychom vyčistili kilometry chodeb od životní prostředí zatěžujícího sedimentu a zároveň bychom získali cenově dostupné nanoželezo optimální pro sanaci kontaminovaných lokalit," říká Černík.
Vědci již odebrali vzorky sedimentu z dolu ve Zlatých horách a na olomoucké univerzitě z nich vytvořili několik gramů dvou typů nanočástic. Jejich reaktivitu s chromem a chlorovanými eteny nyní testují na Technické univerzitě v Liberci. "Po vyhodnocení výsledků probíhajících experimentů se sejdeme s kolegy z olomoucké univerzity, kteří těchto výsledků využijí při modifikaci výroby. Úkolem pro první rok je najít optimální vlastnosti produktu. Ve druhém roce bychom pak měli už začít s kilogramovou výrobou. Díky tomu, že spolupracujeme v rámci Výzkumných center, máme dost konkrétní představy o tom, jak by konečné nanočástice měly vypadat a jaké musí mít vlastnosti, aby se daly pro dané účely využít," řekl Černík
Spolupráce vědeckých týmů umožňuje efektivní rozdělení úkolů. Masarykova univerzita je zodpovědná za nalezení vhodné výchozí látky (prekurzoru), za její charakterizaci a získání potřebných zásob. Olomoucká univerzita si vzala na starost výrobu nanoželeza a jeho základní charakteristiku. Liberecká univerzita se postará o laboratorní ověření nového materiálu v různých podmínkách. Společnost AQUATEST zase koupí experimentální reduktivní pec, ve které bude schopna vyrábět kilogramová množství nanoželeza. Vyhledá také vhodné lokality, kde pilotně novou metodu vyzkouší. "Samozřejmě ještě nevíme úplně přesně, jaký bude konečný produkt vývoje. Kulička nanoželeza může být různě veliká a povrchově modifikovaná. Může na ní být například slabá vrstvička oxidu, což jí může dodávat lepší vlastnosti. Máme svoje směry vývoje, ty však z pochopitelných důvodů nebudeme zveřejňovat. Synergický efekt spolupráce čtyř subjektů je ale nezpochybnitelný. Velmi cenné jsou například zkušenosti Centra pro práškové nanomateriály Přírodovědné fakulty Univerzity Palackého. To je důvod k optimismu," řekl Černík
AUTOR: Jaroslava Kočárková
Projekt využití vlastností elementárního železa podpořila dotací 26 milionů Kč v rámci programu Nanotechnologie pro společnost Akademie věd ČR. Liberečtí vědci při jeho realizaci spolupracují s vědeckými týmy brněnské Masarykovy univerzity, olomoucké Univerzity Palackého a s firmou Aquatest
PROBLEMATIKA SPODNÍCH VOD
Realizace projektu s názvem "Výzkum výroby a použití nanočástic na bázi nulmocného železa pro sanace kontaminovaných podzemních vod" byla zahájena loni v červenci. Ukončení projektu bylo stanoveno za 2,5 roku, tedy v roce 2008. Do té doby by mělo být zřejmé, jak se vyrovnat se závažným a neblahým dědictvím minulosti v podobě silně znečištěného podzemí průmyslovou výrobou. Kontaminace spodních vod je vážným problémem pro současnost i budoucnost. Mnoho lokalit v ČR je znečištěno chlorovanými uhlovodíky, například tetrachlorem. Do spodních vod se tyto látky dostaly neopatrným používáním rozpouštědel při různých výrobách. Nebezpečným typem je také šestivalentní chrom. Je rozpustný ve vodě, a vyznačuje se proto velkou migrací. Je jedovatý a karcinogenní, a pokud se dostane ke zdroji pitné vody, znamená velké zdravotní riziko.
NANOČÁSTICE MÍSTO VRTŮ
Sanace podzemních vod je naprosto nezbytná a provádí se v mnoha lokalitách.
Dřívější metody, při kterých se kontaminovaná voda odčerpávala z vrtů vyhloubených do kolektoru spodní vody, jsou málo účinné a prostorově omezené. "Účinnější se jeví postup, při kterém se do podzemí nasákne účinná látka schopná vyvolat reakci, při které se kontaminant mění na méně toxickou látku, nebo se v podzemí stabilizuje tak, aby kontaminace dále nemigrovala. To jsou metody založené na oxidačně redukčních procesech. Jako vhodná účinná látka se již osvědčilo elementární železo," vysvětluje Miroslav Černík. Proto je podle něj cílem projektu vývoj a výroba nového nanomateriálu na bázi povrchově modifikovaných železných nanočástic.
Podstata reakce, při které se mění vlastnosti toxických látek, je založena na schopnosti nanočástic železa působit na některé látky a měnit jejich oxidační stav. Například redukovat mocenství chromu v toxických látkách ze šesti na tři. Trojvalentní chrom je méně rozpustný i méně pohyblivý, vysráží se a kontaminovaná voda se stane opět pitnou. Vědci českých vysokých škol dělají také experimenty na reakci nanoželeza s dalšími kontaminanty, jako je arzen, který se do přírody dostal z nedostatečně zabezpečených koželužen. Ukazuje se, že po reakci s nanoželezem se snižuje jeho rozpustnost vazbou na vznikající oxidy železa. Nadějně vypadají také experimenty reakcí nanočástic železa s šestimocným uranem, který nadlimitně vytéká z některých uranových dolů. Ten se po reakci s nanoželezem vysráží jako méně toxický čtyřmocný prvek. Nanočástice železa mají tendenci reagovat už se samotným kyslíkem ve vodě. Těmito reakcemi se zvyšuje zásaditost vody, což by mohlo pomoci u vod kontaminovaných kyselinami.
RYCHLEJŠÍ NEŽ STARÉ POSTUPY
Nová metoda, kterou nyní na Technické univerzitě v Liberci prověřují, je rychlejší, účinnější metoda, a přitom levnější než staré postupy. "Ve vědecké literatuře se uvádí, že nanočástice železa reagují se sedmdesáti různými sloučeninami, proto je výběr konkrétní lokality na pilotní ověření velmi důležitý. Před vlastní aplikací však musíme ověřit optimální koncentraci železa, aby reakce i migrace byly optimální. Chceme prověřit a vyhodnotit také reakci nanoželeza s polychlorovanými bifenyly, domníváme se, že by nanočástice bylo možné využít i při odstranění dusičnanů z vod a podobně," dodává Černík.
Reakce železa, při které dochází ke změně oxidačního stavu toxického prvku, se již využívá v praxi tak, že se do cesty putujícímu kontaminačnímu mraku ve spodních vodách postaví hydraulická stěna vyplněná železnými pilinami. Kontaminační mrak stěnou proteče a voda se vyčistí. Tato metoda je ale prostorově příliš omezená, těžkopádná a často nepostihne hlavní oblast znečištění. Čeští vědci si slibují, že ji budou moci nahradit moderním postupem s použitím nanočástice železa. Výhodou je, že nanočástice mají ve srovnání s pilinami větší měrný povrch a vyšší reaktivitu. Volně se ve vodě pohybují a zasáhnou větší prostor. Použití nanoželeza již pilotně ověřovali na pěti lokalitách například ve Spolchemii Ústí nad Labem nebo v Kuřívodech, při sanaci po sovětské armádě.
STARÉ DOLY: ZDROJE "NA DOSAH RUKY"
Levný zdroj vhodných nanočástic železa je přitom takříkajíc na dosah ruky. Ve starých důlních štolách zaplněných na pohled nevábným blátem. Tým pracovníků Masarykovy univerzity ale objevil, že podstatnou část tohoto odpadního sedimentu nahromaděného ve starých dolech, např. v lokalitě Zlaté hory v Jeseníkách, tvoří přirozeně nanorozměrný oxid železitý (ferrihydrid). "Společně jsme přišli na myšlenku získat z tohoto sedimentu potřebné nanoželezo, schopné redukovat kontaminaci i migrovat do potřebné vzdálenosti. Užitek by byl tak dvojnásobný, jednak bychom vyčistili kilometry chodeb od životní prostředí zatěžujícího sedimentu a zároveň bychom získali cenově dostupné nanoželezo optimální pro sanaci kontaminovaných lokalit," říká Černík.
Vědci již odebrali vzorky sedimentu z dolu ve Zlatých horách a na olomoucké univerzitě z nich vytvořili několik gramů dvou typů nanočástic. Jejich reaktivitu s chromem a chlorovanými eteny nyní testují na Technické univerzitě v Liberci. "Po vyhodnocení výsledků probíhajících experimentů se sejdeme s kolegy z olomoucké univerzity, kteří těchto výsledků využijí při modifikaci výroby. Úkolem pro první rok je najít optimální vlastnosti produktu. Ve druhém roce bychom pak měli už začít s kilogramovou výrobou. Díky tomu, že spolupracujeme v rámci Výzkumných center, máme dost konkrétní představy o tom, jak by konečné nanočástice měly vypadat a jaké musí mít vlastnosti, aby se daly pro dané účely využít," řekl Černík
Spolupráce vědeckých týmů umožňuje efektivní rozdělení úkolů. Masarykova univerzita je zodpovědná za nalezení vhodné výchozí látky (prekurzoru), za její charakterizaci a získání potřebných zásob. Olomoucká univerzita si vzala na starost výrobu nanoželeza a jeho základní charakteristiku. Liberecká univerzita se postará o laboratorní ověření nového materiálu v různých podmínkách. Společnost AQUATEST zase koupí experimentální reduktivní pec, ve které bude schopna vyrábět kilogramová množství nanoželeza. Vyhledá také vhodné lokality, kde pilotně novou metodu vyzkouší. "Samozřejmě ještě nevíme úplně přesně, jaký bude konečný produkt vývoje. Kulička nanoželeza může být různě veliká a povrchově modifikovaná. Může na ní být například slabá vrstvička oxidu, což jí může dodávat lepší vlastnosti. Máme svoje směry vývoje, ty však z pochopitelných důvodů nebudeme zveřejňovat. Synergický efekt spolupráce čtyř subjektů je ale nezpochybnitelný. Velmi cenné jsou například zkušenosti Centra pro práškové nanomateriály Přírodovědné fakulty Univerzity Palackého. To je důvod k optimismu," řekl Černík
AUTOR: Jaroslava Kočárková
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
