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 1 1 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)
zeta-potenciál (mv) Migrace nzvi + el. proud Elektrokinetické mechanismy Elektroosmóza, elektromigrace omezené účinky (potřeba velkých výkonů, omezený dosah) - elektromigrace + 0 hour 5 hours 17 hours Elektrolytický rozklad vody Vliv na zeta-potenciál nzvi O 2 H 2 5 0 NANOFER25+Tween80 Anoda + - Katoda -5-10 -15-20 -25 7 8 9 10 11 ph (-)
Migrace nzvi + el. proud Kolonové testy s horninou křemičitý písek (k f = 1 10-3 m/s, n ef = 39%) 2 kolony s různou polaritou napětí, 1 kolona bez ss proudu měřící cela + - SS zdroj míchadlo kolona výstup ICP-OES DLS ph Vodivost ORP ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ nanofe 0 peristaltické čerpadlo (dávkovací) peristaltické čerpadlo (oběhové) zásobník vody Kolona SS zdroj Polarita (spodní / svrchní elektroda) Fe in (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 Výstupní koncentrace Fe Kolonové testy s horninou Fe out / Fe in K5 (DC + -) K6 (DC - +) K7 (no DC) 60 50 40 Feout / Fe in (%) 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Pórový objem
Fe v koloně / ΣFein (%) Migrace nzvi + el. proud Kolonové testy s horninou Rozložení Fe v koloně 30 K5 (DC + -) K6 (DC - +) K7 (no DC) 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 L (cm)
zeta-potenciál (mv) ph Migrace nzvi + el. proud ph na výstupu z kolony K5 (DC + -) K6 (DC - +) 8.6 Kolonové testy s horninou 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 0 5 10 15 20 Pórový objem Zlepšení migrace nzvi - vliv ph na zeta-potenciál - odpuzování od záporné elektrody 5 0-5 -10-15 -20 NANOFER25+Tween80-25 7 8 9 10 11 ph (-)
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
ORP (mv) ph (-) 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 9.5 9 8.5 Vývoj ph v čase ph FeP ph Fe ph kontrolní 8 7.5 7 6.5 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny) 400 200 Vývoj ORP v čase 0-200 -400 ORP FeP ORP Fe ORP kontrolní -600 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny)
Vodivost (µs/cm) Reaktivita nzvi + el. proud Reaktorový test (voda Hořice) 900 Vývoj vodivosti v čase 700 500 300 Vod. FeP Vod. Fe Vod. kontrolní 100 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny) Čas (dny) Sírany FeP (mg/l) Sírany Fe (mg/l) Sírany kontrolní (mg/l) 1 42,1 32,1 42,8 6 28,5 22,9 38,6 8 23,2 32,2 42,6 11 19,7 37,0 42,8 13 16,5 36,3 44,2
suma ClU (µg/l) Reaktivita nzvi + el. proud 25000 Suma ClE v čase Reaktorový test (voda Hořice) - při společné aplikaci nzvi a el. 20000 proud pokles sumy ClE o 97% 15000 (oproti cca 40% poklesu bez el. 10000 FeP Fe proudu) 5000 kontrolní - celkem spotřeba 150 W/h 0 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny) - odpovídá 4 W/den na 1 g nzvi 1.0 Normované konc. ClU v čase - reaktor FeP 1.0 Normované konc. ClU v čase - reaktor Fe 0.8 PCE 0.8 C/Cmax (-) 0.6 0.4 TCE cis-1,2-dce vinylchlorid C/Cmax (-) 0.6 0.4 PCE TCE cis-1,2-dce 0.2 0.2 vinylchlorid 0.0 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny) 0.0 0 5 10 15 20 25 30 Čas (dny)
Reaktivita nzvi + el. proud Reaktorový test (voda Hořice) Kontrolní Fe FeP 90% goethit 10% magnetit 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.