2016. január–február: egyetem, portré, jegyzet, nanotechnológia, tudomány, agykutatás, hálózatkutatás, logisztika, innováció, anyagtudomány, kiállítás/konferencia, neutronkutatás, megújuló energia, fenntarthatóság, zöldkörnyezet, startup, it

Ivóvíz arzénmentesítése nanovassal

A környezeti kármentesítés kiemelten foglalkozik az emberi egészségre különösen veszélyes anyagokkal szennyezett talajok, felszíni, illetve felszín alatti vizek hatékony tisztításával.


A  hatékonyság mellett, a napjainkat jellemző instabil gazdasági viszonyok miatt, elvárt az alkalmazott anyag vagy technológia alacsony anyagi vonzata is. Ilyen ígéretes anyag a nulla vegyértékű, nanoméretű vaspor, amely alkalmas a különböző környezeti vizek, talajok és üledékek tisztítására. Magyarországon száz körülire tehető azoknak a jelentősebb talaj- és talajvíz-szennyeződéseknek a száma, melyek jellemzően vegyipari tevékenység következtében jönnek létre. Ezek a szennyeződések veszélyeztethetik a lakosság egészségét, ha a szennyezett területen levő kutakból származó vizet ivó-, itató- vagy akár csak locsolóvízként használják fel, másrészt környezeti kockázatot jelentenek a szomszédos területeken lévő tiszta talajvízre.

Fontos, megoldásra váró probléma a hazai ivóvízbázis és a kút­vizek arzénmentesítése, az arzénkoncentráció egészségügyi határérték alá szorításával, ami hatalmas probléma Indiában is. A mostanáig világszerte is alkalmazott hagyományos arzénmentesítési technológiák (lecsapatás, adszorpció, ioncserélő gyanták, reverz ozmózis, membrántechnológiák) nem biztosítottak megfelelő végeredményt, mivel a vizekben jelen levő arzenát- és arzenitionok közül az arzenit eltávolítása nem lehetséges teljes mértékben. Ezért van szükség új módszerek és technológiák kidolgozására.

Az egyik ilyen ígéretes módszer a nanovassal történő arzénmegkötés, ami az V-ös és a III-as vegyértékű arzén eltávolítására egyaránt hatékonyan alkalmazható. Ez a módszer hatékonyan kombinálja a korszerű nanotechnológiát és a membrántechnológiát. A nanovas az arzénionok redukálása mellett alkalmas a halogénezett szénhidrogén-vegyületek megkötésére, illetve környezetre ártalmas vegyületekké alakítására. A nanoméretű vas részecskék a reakció során oxidálódnak, így mint flokkulálószerek (a flokkulálószerek vízoldható, nagy molekulájú ionos polimerek, melyek a víztisztítás, szennyvíztisztítás vagy egyéb technológiák derítési lépésében alkalmazhatók – a szerk.) a részlegesen redukált arzénionok megkötésére is alkalmasak.

Nanovasat elsőként klasszikus redukciós módszerrel állítottak elő. NaBH4 vizes oldatot cseppenként adtak hozza FeCl3 vizes oldatához szobahőmérsékleten, keverés mellett. A szintézis során borohidrid-túladagolás szükséges, így biztosított a vasszemcsék egyenletes növekedése.

A pályázatban kétféle újszerű eljárással állítjuk elő a nanovasat:
  • pulzáló áramú elektrokémiai módszerrel,
  • drótrobbantással víz alatt.

Pulzáló áramú elektrokémiai módszer a gócképződés sebességének és mechanizmusának változását idézi elő, ami megfelelő paraméter mellett finom (nano) szemcsés réteg kialakulásához vezet. Kísérleti eredményeink mind arra mutatnak, hogy pulzáló áramú elektrolízist alkalmazva a nano vaspor homogenitása, felületi morfológiája, szerkezete kedvezően befolyásolható.

Elektrokémiai úton leválasztott vas elektronmikroszkópos képe

A nanovas előállítása drótrobbantással nagy feszültségen és nagy áramimpulzust előállító áramkör segítségével valósítható meg a következő módon:
A 200 μF/1500 V kondenzátort 1000 voltra töltöttünk föl, majd egy 3 centiméter hosszúságú és 0,3 milliméter átmérőjű aranydróton keresztül sütöttük ki egy nagyáramú (lézereknél használt) tirisztor kapcsoló segítségével úgy, hogy a vasdrót desztillált víz alatt helyezkedett el. A több ezer amperes impulzus hatására a vasdrót nemcsak meg­olvadt, de azon nyomban el is párolgott, és visszakondenzálva a vízben nanorészecskéket alkotott.

Drótrobbantással előállított vas elektronmikroszkópos képe

A vas nanorészecskék köré szerveződő hidratációs burok megaka­dályozza a nanorészecskék koagulálását és kiülepedését. Többször ugyanabba az oldatba párologtatva a 3 centiméteres vas drótdarabokat a szol koncentrációját 50 mg/l lépésekben fel tudjuk növelni akár 200 mg/l koncentrációra (200 ppm). Az így kapott szolból a na­no­részecskéket be kell sűríteni a víz elpárologtatásával és/vagy szűrőpapíron való átszívásával.
A két módszer közül ipari termelés szempontjából az elektrokémiai módszer hatékonyabbnak bizonyul a drótrobbantásos módszernél.•

A kutatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovácios Hivatal támogatja a Magyar–Indiai TÉT_13_DST-1-2013-0004 bilaterális program keretében. Projektvezető a Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft., konzorciumi partner az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont.

 

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018

Innotéka