Využití nanotechnologií (a biotechnologií) pro čištění vod

Transkript

1 Využití nanotechnologií (a biotechnologií) pro čištění vod Miroslav Černík, Petr Kvapil, Radek Zbořil, Stanislav Kratochvíl TUL, AQUATEST a.s., UPOL, MEGA

2 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)

3 8.letý projekt NANOBIOWAT 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

4 Relative abundance (wt.%) Příprava nzvi 1 MCL ~30 nm XRD SEM XRD 1 hour 350 C H 2 gas TEM TEM Gas pressure: 3 bars Gas flow: 30 ml/min Mean: 68.5 nm Count: 87 Min: 25.3 nm Max: nm SD: 24.9 nm a s (BET) up to 48 m 2 /g

5 Pasivace nzvi oxidickou slupkou Room temperature 130 C 165 C

6 Reactivity of FeO-stabilized nzvi TCE 35 mg/l (40 ml) 15 mg nzvi added analyzed by GC ln c ln c 0 k t 1 1 h 1 h k k SA a h 1 h 1 m 2 L m 2 L 1 a a S m m 2 L 1 m 2 g 1 g L 1 Bare nzvi: k SA = (L m -2 hr -1 ) nzvi with 4 nm shell: k SA = (L m -2 hr -1 ) nzvi with 7 nm shell: k SA = (L m -2 hr -1 ) k reaction rate constant k SA surface-area normalized k m concentration of nzvi by mass a concentration of nzvi by a s a s specific surface area

7 Příprava kompozitu nzvi + C Vzorek OPL23 OPL24 OPL25 XRD BET Fáze (hm%) MCL (nm) SSA (m 2 g -1 ) Fe 0 (39) Fe 3 C (43) C (18) Fe 0 (6) Fe 3 C (46) C (48) Fe 0 (24) Fe 3 C (14) C (47) FeO (15)

8 Příprava suspenze na lokalitě!!!

9 AV-1 AV-2 AV-3 AV-4 AV-5 AV-6 AV-7 AV-8 AV-9 AV-9a AV-10 AV-11 AV-12 AV-13 AV-14 AV-15 AV-16 AV-17 AV-18 AV-19 AV-20 AV-21 AV-22 AV-23 koncentrace [µg/l] Lokalita Písečná , , , , , , , ,0 0,0 VRT ClA [před aplikací] 3 měsíce po 3. aplikaci 3/2012 [ug/l]

10 HV-12 HV-13 HV-5 HV-6 HV-7 HV-8 HV-9 TX-3 koncentrace [µg/l] Lokalita Písečná , , , , , ,0 0,0 ClU [před aplikací] ClU [6 měsíců po 1. aplikaci] ClU [3 měsíce po 2. aplikaci] ClU [8 měsíců po 2. aplikaci] ClU [3 měsíce po VRT 3. aplikaci] Lokalita sanována ve spolupráci s GEO Group a.s.

11 Fe(VI), Fe(V), Fe(VI)

12 Oxidace Fe(VI) Uhlazený materiál, zvětšení 50x, čas = 0 hod. a 24 hod., tmavší odstín představuje Fe 3+

13 Technologie MBBR MBBR schéma, nosiče biomasy Moving Bed Biofilm Reactor Bioreaktor s pevným nosičem biomasy ve vznosu Dosazovací nádrž Odtok Přítok česle Vratný kal Kaldnes TM K3 BiofilmChip TM Natrix TM Nanobambule 13

14 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)? lastnosti velký měrný povrch vysoká porózita malá velikost pórů průměr vláken ( nm) ateriál polymerní roztoky nebo taveniny možné více než 50 polymerů

15 Nosič biomasy - porovnání PŘED PO PŘED PO 15

16 Nosič biomasy nanonitě Vývoj nanovlákenné nitě pro aplikaci v environmentální technologii při čištění odpadních vod

17 Vývoj nanovlákenných materiálů obsahujících chemicky, nebo biologicky aktivní složky Polyurethan + AgNO 3 polyethersulfon + AgNO 3

18 Nanovlákna v membránových procesech Laboratory electrodialysis unit 18

19 Nanofibres - examples PUR Nanofibres on the membrane surface PUR Nanofibres on the PES backbone

20 Endokrinní disruptory alkylfenoly, bisfenol A, 17α-ethinylestradiol, estery kyseliny ftalové, irgasan C 9 H 19 HO HO OH Nonylfenol Bisfenol A OH COO-N Cl OH COO-N O Cl Irgasan (Triclosan) Cl HO 17a-Ethinylestradiol Ftalát -Látky narušující hormonální systém: thyroidní, estrogenní, androgenní -Málo toxické, používané v různých oblastech

21 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

22 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,

23 In vivo I. lacteus (20 ml)

24 Concentration (μg/ml) Koncentrace17α-Ethynylestradiolu po degradaci v modelovém tekutém mediu a detekce estrogenních aktivit. 17α-Ethynylestradiol a různé dřevokazné houby 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 3 days 5,0 7 days 4,0 3,0 14 days 2,0 1,0 0,0 B.adusta D. squalens I.lacteus P.cinnabarinnus P.chrysosporium P. magnoliae P.ostreatus T.versicolor Control

25 Děkuji za pozornost