Využití nanotechnologií (a biotechnologií) pro čištění vod
Miroslav Černík, Petr Kvapil, Radek Zbořil, Stanislav Kratochvíl TUL, AQUATEST a.s., UPOL, MEGA
Nanotechnologie v životním prostředí
Nano na San Tech bylo – je - A BUDE! NanoFe – historie, ověřená současnost blyštivá budoucnost Další nanotechnologie v čistění vod NUTNÝ VÝVOJ TAČR – centra kompetence AQUATEST + AECOM + DEKONTA + GEOTEST + MEGA UPOL + TUL + LAC CK Ekologicky šetrné nanotechnologie a biotechnologie pro čištění vod a půd (NANOBIOWAT)
NANOBIOWAT
8.letý projekt
Vývoj nanomateriálů a biotechnologií a jejich APLIKACE
WP1- aplikace nanofe a jeho derivátů WP2- oxidační metody za pomoci Fe ve vysokém oxidačním stupni WP3 – (Bio)technologie pro odstraňování disruptorů a persistentních aromatických látek WP4 – Nano- a bio- modifikované filtry a membrány WP5 – Nano-magnetické technologie WP6 – analytické metody
MCL ~30 nm
XRD 1 hour 350 C H2 gas
Relative abundance (wt.%)
Příprava nZVI 1
XRD
Gas pressure: 3 bars Gas flow: 30 mL/min
TEM SEM TEM
as (BET) up to 48 m2/g
Mean: 68.5 nm Count: 87 Min: 25.3 nm Max: 156.9 nm SD: 24.9 nm
Pasivace nZVI oxidickou slupkou
Room temperature
130 C
165 C
Reactivity of FeO-stabilized nZVI TCE
35 mg/L (40 mL) 15 mg nZVI added analyzed by GC ln c 1
1
k
k SA
h
1
m
kSA = 19.943 kSA = 19.964 kSA = 20.796
10-3 (L m-2 hr-1) 10-3 (L m-2 hr-1) 10-3 (L m-2 hr-1)
2
1
h
m
2
a
h
L
k t
h
aS
a
Bare nZVI: nZVI with 4 nm shell: nZVI with 7 nm shell:
ln c0
1
1
L m2 L 1
m
m2 g
1
g L1
k – reaction rate constant kSA – surface-area normalized k m – concentration of nZVI by mass a – concentration of nZVI by as as – specific surface area
Příprava kompozitu nZVI + C XRD Vzorek
BET
Fáze (hm%)
MCL (nm)
SSA (m2g-1)
OPL23
Fe0 (39) Fe3C (43) C (18)
66 117 ---
17
OPL24
Fe0 (6) Fe3C (46) C (48)
65 68 ---
15
OPL25
Fe0 (24) Fe3C (14) C (47) FeO (15)
61 47 --30
42
Příprava suspenze na lokalitě!!!
Lokalita Písečná 80 000,0 70 000,0
50 000,0 40 000,0 30 000,0 20 000,0 10 000,0
VRT ClA [před aplikací]
3 měsíce po 3. aplikaci 3/2012 [ug/l]
AV-23
AV-22
AV-21
AV-20
AV-19
AV-18
AV-17
AV-16
AV-15
AV-14
AV-13
AV-12
AV-11
AV-10
AV-9a
AV-9
AV-8
AV-7
AV-6
AV-5
AV-4
AV-3
AV-2
0,0 AV-1
koncentrace [µg/l]
60 000,0
120 000,0
80 000,0
60 000,0
40 000,0
20 000,0
ClU [před aplikací]
ClU [6 měsíců po 1. aplikaci]
ClU [8 měsíců po 2. aplikaci]
ClU [3 měsíce poVRT 3. aplikaci]
TX-3
HV-9
HV-8
HV-7
HV-6
HV-5
HV-13
0,0
HV-12
koncentrace [µg/l]
100 000,0
9 788 387
Lokalita Písečná
ClU [3 měsíce po 2. aplikaci]
Lokalita sanována ve spolupráci s GEO Group a.s.
Fe(VI), Fe(V), Fe(VI)
Oxidace Fe(VI)
Uhlazený materiál, zvětšení 50x, čas = 0 hod. a 24 hod., tmavší odstín představuje Fe3+
Technologie MBBR MBBR – schéma, nosiče biomasy
Moving Bed Biofilm Reactor Bioreaktor s pevným nosičem biomasy ve vznosu Dosazovací nádrž Odtok Přítok česle
Vratný kal
KaldnesTM K3
BiofilmChipTM
NatrixTM
„Nanobambule“ 13
Nanovlákna Co jsou nanovlákna? Jde o vlákna jejichž průměr se pohybuje v rozsahu nanometrů, ale jsou to tzv. submikroová vlákna.
Co je elektrostatické zvlákňování (electrospinning)?
Vlastnosti velký měrný povrch vysoká porózita malá velikost pórů průměr vláken (50-1000 nm) Materiál polymerní roztoky nebo taveniny možné více než 50 polymerů
Nosič biomasy - porovnání
PŘED
PŘED
PO
PO
15
Nosič biomasy – nanonitě
Vývoj nanovlákenné nitě pro aplikaci v environmentální technologii při čištění odpadních vod
Vývoj nanovlákenných materiálů obsahujících chemicky, nebo biologicky aktivní složky
Polyurethan + AgNO3
polyethersulfon + AgNO3
Nanovlákna v membránových procesech Laboratory electrodialysis unit
http://centrum-sanace.tul.cz
18
Nanofibres - examples PUR Nanofibres on the membrane surface
PUR Nanofibres on the PES backbone
Endokrinní disruptory alkylfenoly, bisfenol A, 17α-ethinylestradiol, estery kyseliny ftalové, irgasan C9H19 OH
HO
HO Nonylfenol
COO-N
Bisfenol A OH
COO-N
OH
Cl O
Ftalát Cl
Cl
HO 17a-Ethinylestradiol
Irgasan (Triclosan)
-Látky narušující hormonální systém: thyroidní, estrogenní, androgenní -Málo toxické, používané v různých oblastech
Endokrinní disruptory -17α-ethinylestradiol – syntetický estrogen používaný jako orální antikoncepce - Alkylfenoly – se používají k průmyslové výrobě alkylfenolpolyethoxylátů sloužících jako neiontové detergenty, jako antioxidanty a jako plastifikátory - Bisfenol A – Tvoří hlavní surovinu užívanou při chemických synthesách průmyslových polymerů jako jsou polykarbonáty, epoxy-pryskyřice, fenol-pryskyřice, polyestery a polyakryláty - Triclosan – antimikrobiální přísada ústních vod a zubních past - Ftaláty – změkčovače plastů
Houby bílé hniloby (ligninolytické-dřevokazné)
Nízká substrátová specifita extracelulárních enzymů (lignin peroxidáza, lakáza, mangan-dependentní peroxidáza, verzatilní peroxidáza + minoritní enzymy) schopných štěpit složitý polymer lignin + intracelulární enzymatický aparát Vysoká tolerance vůči toxickým látkám Běžný výskyt v přírodě, nenáročná kultivace, vysoký povrchový růst, dobrá kolonizace ligninobsahujících substrátů,
In vivo – I. lacteus (20 mL)
Koncentrace17α-Ethynylestradiolu po degradaci v modelovém tekutém mediu a detekce estrogenních aktivit.
10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
3 days 7 days
on tro l C
I.l ac te us
P. ci nn ab ar in P. nu ch s ry so sp or iu m P. m ag no l ia e P. os tre at us T. ve rs ic ol or
D
.s
qu al en s
14 days
B. ad us ta
Concentration (μg/ml)
17α-Ethynylestradiol a různé dřevokazné houby
Děkuji za pozornost
[email protected]
