Nanočástice v životním prostředí J. Filip

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Nanočástice v životním prostředí J. Filip"

Martin Fišer
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Nanočástice v životním prostředí J. Filip Regionální Centrum Pokročilých Technologií a Materiálů Univerzita Palackého, 17. listopadu 11, Olomouc

2 Životní prostředí Soubor veškerých činitelů, se kterými přichází do styku živý subjekt (organismus, populace, člověk, lidská společnost) a podmínek, kterými je obklopen, tj. vše, co na subjekt přímo i nepřímo působí. Obsah pojmu ž.p. se velmi často zužuje na životní prostředí člověka, lidské společnosti (Máchal et. al.: Malý ekologický a environmentální slovníček; 1997). Životním prostředím je vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů včetně člověka a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Jeho složkami jsou zejména ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie ( 2 zákona č. 17/92 o životním prostředí).

: Malý ekologický a environmentální slovníček; 1997).

3 Výskyt nanočástic v životním prostředí Atmosféra Hydrosféra (koloidy významná role při transportu látek) Litosféra (půdy, nukleační zárodky tuhé fáze, reakční lemy, nanolamely a domény v krystalických látkách) Biosféra (i člověk) Vznik zejména na fázovém rozhraní

nukleační zárodky tuhé fáze, reakční lemy, nanolamely a domény v

4 Typy nanočástic v životním prostředí Přírodní nanočástice přirozený výskyt (dříve je nebylo možné studovat dostupnými technikami) Antropogenně vzniklé nanočástice nanočástice neřízeně uvolňované do ŽP a vznikající výsledkem určitých reakcí a procesů s negativním vlivem na ŽP bez prokázaného negativního vlivu na ŽP nanočástice cíleně vpravované do ŽP Analogie v organismech přirozené nežádoucí cílené

ŽP a vznikající výsledkem určitých reakcí a procesů s negativním vlivem na ŽP bez prokázaného

5 Nanočástice v ovzduší Nanočástice jako složka aerosolů v oblastech nezatížených zvýšenou prašností Nanočástice jako složka aerosolů v oblastech zatížených zvýšenou prašností Nanočástice v pracovním ovzduší

8 (Nano)částice v ovzduší z biomasy

9 (Nano)částice v ovzduší z vulkanické činnosti Vulkán Eyjafjallajökull Cca 6 Tg/rok

10 (Nano)částice z vulkanické činnosti - další příklady

11 Další přirozené zdroje (nano)částice v ovzduší Meziplanetární prach ročně tis. tun

12 (Nano)částice v ovzduší z eolické činnosti

13 Antropogenní zdroje nanočástic v ovzduší Saze z dieselových motorů Filtr pevných částic

14 Hloubka (cm) t Mapa magnetické susceptibility půd v Polsku Půdní profil Susceptibilita

15 Další antropogenní zdroje (nano)částic - teroristické aktivity, demolice

16 Další antropogenní zdroje (nano)částic Laserové tiskárny Opalovací krémy Grilování masa Sušičky prádla

podélné osy vlákna (nelámou se při ohýbání), jsou

17 Vláknité (nano)materiály v ovzduší - azbesty asbestová vlákna se vyznačují vysokou pevností v tahu ve směru podélné osy vlákna (nelámou se při ohýbání), jsou chemicky inertní, nerozpustné v HCl nehořlavé, tepelně odolné.

18 NANOČÁSTICE V ORGANISMECH - rozmanité chemické složení a krystalická forma - odlišný význam pro organismus MIKROORGANISMY BAKTERIE HOUBY, ŘASY HMYZ Magnetospirillum gryphiswaldense Fusarium oxysporum Verticillium sp. Včela medonosná ĆLOVĚK Holub poštovní PTÁCI, SAVCI Pstruh duhový Delfín skákavý

HMYZ Magnetospirillum gryphiswaldense Fusarium oxysporum Verticillium sp.

19 Nanočástice oxidů a oxyhydroxidů Fe v organismech

20 Mikrobiální biomineralizace Biogenní minerály jsou výsledkem dvou odlišných procesů: BIM biologicky indukované mineralizace (biologically induced mineralization) minerály jsou produkovány extracelulárně BCM biologicky kontrolované mineralizace (biologically controled mineralization) minerály jsou produkovány intracelulárně

mineralization) minerály jsou produkovány extracelulárně BCM biologicky

21 BCM biologicky kontrolované mineralizace magnetotaktické bakterie Magnetospirillum gryphiwaldense Fe 3 O 4 0,5 m

22 MTB izolované z přírodního prostředí

23 BIM - biologicky indukované mineralizace Bakterie způsobují tvorbu nanočástic ovlivněním vnějšího prostředí BIM nanočástice vytvářeny extracelulárně špatně krystalické nepravidelný tvar a poměrně široká velikostní distribuce nanočástic nedefinovaná morfologie

24 Gallionella ferruginea Leptothrix ochracea todorokit

25 Nanočástice oxidů železitých ve vodách a půdách

26 Přírodní ferrihydrit Fe 5 HO 8 4H 2 O ~15 t/rok čistého ferrihydritu ~2300 t/rok: směs ferrihydrit + CaCO 3

27 Jímací nádrže Zlaté Hory

28 depth (cm) depth (cm) Další příklady nanočástic oxidů Fe ve vodách a půdách Cambishi, Zambie As-schwertmannit Fe (ppm) - excavation Fe (ppm) - outcrop As (ppm) - excavation As (ppm) - outcrop

29 Nanotechnologie pro čištění vod

30 Residual concentration (mg/l) Residual As (mg/l Environmentální aplikace přírodního ferrihydritu Katalytický rozklad H 2 O 2 Sorpce As III a As V VI V

31 Použití nanočástic biogenních oxidů železa pro odstraňování xenobiotik Type of dye Mass adsorption capacity (mg/g) Bismarck brown 97.8 Malachite green 62.9 Acridine orange 49.3 Crystal violet 36.7 Safranin O 34.3

32 Použití syntetických nanočástic oxidů železa pro odstraňování As

33 Nanočástice elementárního železa redukce: oxidace (Zhang 2003, J Nanopart Res) (Keenan et al. 2008, EST) sorpce precipitace na površích katalýza 7700 m 2

34 Compounds Tested and Treatable using commercial Fe 0 Methanes: Carbon tetrachloride (CT) Chloroform Bromoform Ethanes: Hexachloroethane 1,1,1-Trichloroethane (TCA) 1,1,2,2-Trichloroethane 1,1,2,2-Tetrachloroethane 1,1,1,2-Tetrachloroethane 1,1-Dichloroethane (DCA) Ethenes: Tetrachloroethene (PCE) Trichloroethene (TCE) 1,1-Dichloroethene trans-1,2-dichloroethene cis-1,2-dichloroethene Vinyl chloride Other Organics: 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane (Freon 113) Trichloroflouromethane (Freon 11) 1,2,3-Trichloropropane 1,2-Dichloropropane 1,2-Dibromo-3-chloropropane 1,2-Dibromoethane n-nitrosodimethylamine (NDMA) Nitrobenzene Inorganics: Chromium, nickel Lead, Copper, Zinc Nitrate, Arsenic

35 Laboratoní testování nanočástic železa tetrachloroethene trichloroethene 1,1-dichloroethene 1,2-dichloroethene Treatment of selected metals using of nzvi 1.00% 10.00% % % U Zn V Pb Ni Cu Mn Cd Cr Be Ba As

36 % estrogens removal Další aplikace nanočástic elementárního železa Degradace yperitu Odbourávání estrognů z povrchových a odpadních vod E2 EE2 EEQ 17β-estradiol (E2) 17α-ethinylestradiol (EE2) h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 0 g/l 0 g/l 2 g/l 4 g/l 6g/L samples Military Institute + další mikropolutanty léčiva (např. ibuprofen), pesticidy, herbicidy apod.

38 Pilotní testy s nanočásticemi železa Františkovy Lázně Rožmitál p. Třemšínem Spolchemie Kuřívody Kara Trutnov Uherský Brod Svratka (MARS)

00 Sum of chlorinated ethenes Prior application One week after

39 Concentration [ g/l] Pilotní aplikace nanočástic elementárního železa Sum of chlorinated ethenes Prior application One week after application HP - 4 HP - 5 HP - 6 HP-4 HP-5 HP m 2.0 m Direction of groundwater flow 9 m

40 Pilotní aplikace nanočástic elementárního železa metodou direct push

41 Reaktivní plocha povrchu používaných nanočástic železa V pilotním měřítku používáno X až X00 kg nanočástic železa V konkrétní aplikaci použito 200 kg: Porovnání s makroskopickou formou železa: < 5 m2 ~ m2 Plocha přibližně 2.5 x 2.5 km

42 Geochemická bariéra využívající nanočástic železa zóna s odlišnými fyzikálněchemickými podmínkami - (ph, redox-potenciál, sorpční kapacita, biogenní pochody) vyskytuje se relativně běžně v přírodě - faciální změny sedimentace - vertikální zonalita možno generovat uměle - uměle vytvořená linie v horninovém prostředí, kde řízeně probíhají geochemické reakce mezi horninovým prostředím, podzemní vodou a dodávanými reagenty - neklade hydraulický odpor podzemí vodě

43 Geochemická bariéra využívající nanočástic železa Obsah ClE bariera C - listopad 2012 DBC DfB DBC DBC DBC DBC DBC DBC DBC DBC-2 DBC HV m A Obsah ClE bariera C duben 2013 DBC-10 54,6 DfB DBC DBC DBC DBC DBC-4 53 DBC DBC DBC-2 DBC HV 12 2 m Vysvětlivky: monitorovací vrty vrty difúzní bariery vrty s anodou izolinie ClE (ug/l) A

Odstraňování sinic z povrchových vod pomocí nanočástic kovového železa Vysoká a selektivní toxicita nanočástic kovového železa vůči cyanobakteriím.

44 Odstraňování sinic z povrchových vod pomocí nanočástic kovového železa Vysoká a selektivní toxicita nanočástic kovového železa vůči cyanobakteriím. Toxicita vůči dafniím, vodním rostlinám a rybám je o 2-3 řády nižší! Original cells Deformation of cells Cell destruction B. Maršálek et al. EST 46, 2316, 2012; R. Zbořil et. al. PCT/CZ2011/0075

Podobné dokumenty

Nanočástice v životním prostředí J. Filip

Nanočástice v životním prostředí J. Filip Regionální Centrum Pokročilých Technologií a Materiálů Univerzita Palackého, 17. listopadu 11, Olomouc Životní prostředí Soubor veškerých činitelů, se kterými