PODPORA ŽELEZNÝCH NANOČÁSTIC ELEKTRICKÝM PROUDEM – LABORATORNÍ TESTY
TA01021304
J. Nosek, L. Cádrová, M. Černík J. Hrabal, M. Sodomková
Sanace pomocí nZVI Ekologicky šetrná sanační metoda
Hlavní inovativní prvky nZVI Vysoká reaktivnost Mobilita horninovým prostředím
Realita Omezená migrace horninou Zvýšit a prodloužit reaktivnost
Hledání možných vylepšení
vs 11 µm
100 nm 500 nm
Sanace pomocí nZVI Zlepšení vlastností nZVI „Standardní“ způsob: povrchová modifikace (tenzidy, oleje, škroby, surfaktanty, anorganická modifikace)
F Elektrostatická repulze D van der Waalsova atrakce
Fe0 VODA DNAPL
Přizpůsobení prostředí (pomocí elektrického proudu)
+
DC
-
nZVI + el. proud Motivace Migrace – ADAMS, A. (2006): Transport of Nanoscale Zero Valent Iron Using Electrokinetic Phenomena. Reaktivita – LUOA, H. a kol. (2010): Prevention of iron passivation and enhancement of nitrate reduction by electron supplementation.
Laboratorní testy Kolonové testy (migrace nZVI při aplikaci el. proudu) Reaktorové testy (reaktivita nZVI podpořená el. proudem)
Migrace nZVI + el. proud Elektrokinetické mechanismy
elektromigrace
-
Elektroosmóza, elektromigrace omezené účinky (potřeba velkých výkonů, omezený dosah)
+
0 hour
5 hours
17 hours
Elektrolytický rozklad vody Vliv na zeta-potenciál nZVI
O2
H2 5
Anoda
Katoda +
-
zeta-potenciál (mV)
NANOFER25+Tween80 0
-5 -10 -15 -20 -25 7
8
9
pH (-)
10
11
Migrace nZVI + el. proud Kolonové testy s horninou křemičitý písek (kf = 1×10-3 m/s, nef = 39%) 2 kolony s různou polaritou napětí, 1 kolona bez ss proudu
SS j ro zd
a lon ko
lo ad ch mí
í říc mě ela c p stu S vý -OE P IC DLS
~ ~~ ~~~ ~ ~~~ ~ ~ ~~ ~
pH ost div Vo P OR
ík bn so y zá vod
ké tic tal lo ris ad é) pe erp hov č bě (o
ké tic tal lo ) ris ad cí pe erp ova č k áv (d
0
Fe no na
Kolona
+ -
SS zdroj
Polarita (spodní / svrchní elektroda)
Fein (mg/l)
Délka (cm)
K5 (DC+–)
30V / 7,6mA
+/–
578
28,8
K6 (DC–+)
30V / 7mA
–/+
344
29,3
K7 (no DC)
0V / 0mA
-
163
29,7
Migrace nZVI + el. proud Kolonové testy s horninou Výstupní koncentrace Fe
Feout / Fein K5 (DC + -)
K6 (DC - +)
K7 (no DC)
60
50
Feout / Fein (%)
40
30
20
10
0 0
5
10
15
Pórový objem
20
25
Migrace nZVI + el. proud Kolonové testy s horninou
Rozložení Fe v koloně K5 (DC + -)
K6 (DC - +)
K7 (no DC)
30
Fe v koloně / ΣFein (%)
25
20
15
10
5
0 0
5
10
15
L (cm)
20
25
30
Migrace nZVI + el. proud Kolonové testy s horninou pH na výstupu z kolony K5 (DC + -)
K6 (DC - +)
8.6 8.4 8.2
pH
8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 0
5
10
15
20
Pórový objem 5
Zlepšení migrace nZVI - vliv pH na zeta-potenciál - odpuzování od záporné elektrody
zeta-potenciál (mV)
NANOFER25+Tween80 0
-5 -10 -15 -20 -25 7
8
9
pH (-)
10
11
Reaktivita nZVI + el. proud Reaktorové testy Studium rozkladu CLE v kontaminované vodě z lokality
1. pouze pomocí ss proudu (vysoké napětí, různé materiály elektrod) 2. nZVI + el. proud
Uzavřené míchané reaktory (2,5l), ocelové elektrody, pravidelné odběry, analýzy (pH, ORP, Vodivost, anionty, CLE)
oddělené elektrodové prostory (iontová membrána)
neoddělené uspořádání
Reaktivita nZVI + el. proud Reaktorový test (voda Hořice) Suma CLE 25 mg/l, cca 70% cis-1,2-DCE 3 míchané reaktory: FeP (nZVI+el.proud), Fe (nZVI), Kontrolní nZVI 0,5 g/l, ocelové elektrody, napětí 1 V/cm, 30 dní Vývoj pH v čase 9.5
pH FeP 9
pH Fe pH kontrolní
8 7.5 7
Vývoj ORP v čase 400
6.5 0
5
10
15 20 Čas (dny)
25
30
200 ORP (mV)
pH (-)
8.5
0 ORP FeP
-200
ORP Fe ORP kontrolní
-400 -600 0
5
10
15 Čas (dny)
20
25
30
Reaktivita nZVI + el. proud Reaktorový test (voda Hořice) Vývoj vodivosti v čase
Vodivost (µS/cm)
900
700 Vod. FeP Vod. Fe Vod. kontrolní
500
300
100 0
5
10
15 20 Čas (dny)
25
30
Čas (dny) 1 6 8 11 13
Sírany FeP (mg/l) 42,1 28,5 23,2 19,7 16,5
Sírany Fe (mg/l) 32,1 22,9 32,2 37,0 36,3
Sírany kontrolní (mg/l) 42,8 38,6 42,6 42,8 44,2
Reaktivita nZVI + el. proud Reaktorový test (voda Hořice)
Suma ClE v čase 25000
- při společné aplikaci nZVI a el. proud pokles sumy ClE o 97% (oproti cca 40% poklesu bez el. proudu)
15000 FeP
10000
Fe kontrolní
5000
- celkem spotřeba 150 W/h
0 0
5
10
15
20
25
30
- odpovídá 4 W/den na 1 g nZVI
Čas (dny)
Normované konc. ClU v čase - reaktor FeP
Normované konc. ClU v čase - reaktor Fe
1.0
1.0
0.8
0.8
PCE TCE
0.6
cis-1,2-DCE vinylchlorid
0.4
C/Cmax (-)
C/Cmax (-)
suma ClU (µg/l)
20000
0.6
PCE TCE
0.4
cis-1,2-DCE
vinylchlorid
0.2
0.2
0.0
0.0
0
5
10
15 Čas (dny)
20
25
30
0
5
10
15 Čas (dny)
20
25
30
Reaktivita nZVI + el. proud Reaktorový test (voda Hořice)
Kontrolní
Fe
90% goethit 10% magnetit
FeP
80% magnetit 20% Fe(OH)2
Závěr Migrace nZVI + el. Proud Zlepšení migrace nZVI Vliv pH na zeta-potenciál částic a odpuzování od záporné elektrody
Reaktivita nZVI + el. Proud Efektivnější redukce ClE (zlevnění metody, pro stejnou účinnost stačí cca 1/3 nZVI)
Oba zjištěné mechanismy se ukazují být velmi nadějnými pro plné nasazení v provozu
Děkuji za pozornost.
