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  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka