Nanočástice v životním prostředí J. Filip

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Nanočástice v životním prostředí J. Filip"

Štěpán Urban
před 5 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).

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

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

7 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

10 (Nano)částice v ovzduší z biomasy

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

12 (Nano)částice z vulkanické činnosti - další příklady Tephra v Oregonu

13 Další přirozené zdroje (nano)částice v ovzduší

14 (Nano)částice v ovzduší z eolické činnosti

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

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

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

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

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

20 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.

22 Nanočástice oxidů železitých ve vodách a půdách

23 Zvětrávání zvětrávání chemická a fyzikální degradace hornin na relativně jemné částice a rozpuštěné látky

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

25 Jímací nádrže Zlaté Hory

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

27 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

28 Nanočástice oxidů a oxyhydroxidů Fe v organismech

29 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

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

31 MTB izolované z přírodního prostředí

32 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

33 Gallionella ferruginea Leptothrix ochracea todorokit

34 Nanotechnologie pro čištění vod

37 Použití nanočástic biogenních oxidů železa pro odstraňování xenobiotik

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

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

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

40 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

42 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

43 Pilotní testy s nanočásticemi železa

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

45 Pilotní aplikace nanočástic elementárního železa metodou direct push

46 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

Geochemická bariéra využívající nanočástic železa zóna s odlišnými

biogenní pochody) vyskytuje se relativně běžně v přírodě - faciální změny

linie v horninovém prostředí, kde řízeně probíhají geochemické reakce mezi

47 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

48 Geochemická bariéra využívající nanočástic železa

nzvi for groundwater treatment technologies

49 nzvi for groundwater treatment technologies field applications Application of nzvi in reactive barriers Source: engineering production Mars, Svratka, CZ, ; remediation: MEGA Huge decrease in concentration of chlorinated ethenes behind reactive barriers

Combination of nzvi with organic substrate for geofixation of Cr(VI) in groundwater Cr(VI) Fe(III) whey Fe(III) Fe(III) Cr(VI) Cr(III) nzvi Fe(II) Cr(III) nzvi efficiently but

50 Combination of nzvi with organic substrate for geofixation of Cr(VI) in groundwater Cr(VI) Fe(III) whey Fe(III) Fe(III) Cr(VI) Cr(III) nzvi Fe(II) Cr(III) nzvi efficiently but temporally reduced Cr(VI) in situ whey application caused a decrease in Cr(VI) and remained below the detection limit microbial biomass development; Fe(II) concentration significantly increased

51 Sledování migrace a osudu nanočástic Large-scale experiment na pracovišti VEGAS, Stuttgart 51

Další aplikace nanočástic elementárního železa Degradace yperitu % estrogens removal 100 75 50

17α-ethinylestradiol (EE2) 0 0h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 1h 3h 5h 0 g/l 0 g/l 2 g/l 4 g/l

52 Další aplikace nanočástic elementárního železa Degradace yperitu % estrogens removal Odbourávání estrognů z povrchových a odpadních vod E2 EE2 EEQ 17β-estradiol (E2) 17α-ethinylestradiol (EE2) 0 0h 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.

53 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