Sobota 4. prosince 2021, svátek má Barbora
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet

Lidovky.cz

Železo čistí zamořenou vodu

Česko

Nanočástice s unikátními vlastnostmi představili čeští vědci minulý týden na konferenci EuroNanoForum 2009 v Praze

Vyhloubit několikametrový vrt, nalít do něj „černou vodu“ a pár týdnů až měsíců počkat, až miniaturní „úderníci“ odvedou svoji práci. Tak v praxi vypadá čištění zamořených podzemních vod pomocí nanočástic železa. Zabývají se jím odborníci z Technické univerzity v Liberci a společnosti Aquatest. Unikátní částice jim dodávají experti z Univerzity Palackého v Olomouci a firmy Nanoiron.

Když se vydáme do světa objektů o rozměrech pouhých několika desítek nanometrů (tedy miliontin milimetru), přestávají platit obecně známé fyzikální zákony. Běžné prvky získávají zcela nové vlastnosti, takže například obyčejné železo na vzduchu hoří. „Nanočástice mají v součtu tak velkou plochu, že jejich povrch oxiduje a snadno vzplane,“ vysvětluje profesor Miroslav Mašláň z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů Univerzity Palackého v Olomouci. Částice je proto zapotřebí uchovávat ve vodě.

Další zajímavou vlastností železných nanočástic je, že když narazí na látku, kterou mohou redukovat (odevzdat jí své elektrony), bez váhání to učiní a samy se zoxidují. Právě toho vědci využívají při čištění podzemních vod zamořených nejrůznějšími látkami - těžkými kovy, jako jsou uran, chrom, arzen nebo olovo, chlorovanými uhlovodíky či polychlorovanými bifenyly. „Teoreticky by šlo stejný princip použít i na pesticid DDT nebo trhavinu TNT, dále na hormony či antibiotika - zkrátka na všechny látky, které lze chemicky redukovat,“ říká docent Miroslav Černík z Ústavu nových technologií a aplikované informatiky Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL.

České částice doplují nejdál Tým docenta Černíka nejprve zkoušel několik druhů železných nanočástic dostupných na trhu z USA a Japonska, ale jejich vlastnosti pro čištění vody nevyhovovaly. Oslovili proto kolegy z Olomouce a společně v rámci projektu Nanotechnologie pro společnost vyvinuli svoje vlastní nanočástice. Připravuje je ve speciální peci firma Nanoiron z Rajhradu. Její zástupce Jiří Crhák pečlivě střeží výrobní tajemství a zároveň připouští, že o české nanoželezo je zájem i v zahraničí.

„V současné době jsme snad jediní na světě, kdo dokáže připravit nanočástice železa v téměř neomezeném množství a bez dlouhé čekací lhůty,“ říká Jiří Crhák.

Hlavní výhodou českých částic jsou jejich miniaturní rozměry -čím jsou menší, tím větší mají povrch, takže dokážou zredukovat více nečistot. Dosahují průměru 50 nanometrů a jediný gram částic má celkový povrch 35 čtverečních metrů. „Další výhodou je, že na rozdíl od nanoželeza ostatních výrobců nemají tak velkou tendenci se shlukovat,“ vysvětluje profesor Mašláň. Pokud se částice „slepují“, blokují tím část svého povrchu a zároveň jsou těžší, takže rychleji klesají ke dnu. Při čištění je přitom zapotřebí, aby zůstaly rozptýlené a propluly znečištěnou horninou co nejdál. Částice proto mají na povrchu nanesené molekuly speciálních látek, které sice trochu snižují reaktivitu samotných částic, ale zvyšují jejich pohyblivost. Výzkum v této oblasti stále pokračuje - dnes se nanočástice v podzemí šíří na vzdálenost několika metrů, takže odborníci hledají ještě výhodnější povrchové úpravy, které umožní, aby dopluly třeba 20 metrů od vrtu. To umožní snížit počet vrtů, a tím i celkové náklady na sanaci.

Z laboratoře do terénu Odborníci z Liberce už účinnost částic vyzkoušeli v rámci pilotních projektů na několika zamořených lokalitách. Například v bývalém vojenském prostoru v Uherském Brodě, kde stávala velkokapacitní prádelna, z níž unikala rozpouštědla. Nebo na místě bývalé skládky v Písečné, v Kuřívodech na lokalitě kontaminované chlorovanými uhlovodíky, v Rožmitálu pod Třemšínem znečištěném polychlorovanými bifenyly nebo v průmyslovém objektu firmy Karbox v Hořicích v Podkrkonoší.

„V první fázi vždy vyhloubíme vrt, odebereme vzorky vody a zkoumáme účinek nanočástic v laboratoři,“ popisuje postup docent Černík. Následuje rozbor hornin a matematické modelování, jak se bude roztok nanočástic v daném prostředí chovat. „Pak vyhloubíme čtyři vrty - podle typu podloží do hloubky tří až 15 metrů. Do jednoho nalijeme nanoželezo a v ostatních sledujeme, jak se to projeví na fyzikálních a chemických vlastnostech prostředí. Cílem je pochopitelně snížit koncentraci znečišťující látky,“ pokračuje Miroslav Černík.

Zůstane jen rez Nejdál zatím pokročil projekt v Hořicích, kde se odborníci snaží vyčistit podzemní vodu od chlorovaných ethenů. Vyhloubili celkem 70 vrtů a použili tunu roztoku nanočástic s vodou. Vzhledem k tomu, že poměr částic a vody je 1:5, dostalo se tak do podzemí přibližně 200 kg železa. To vypadá jako velké množství, ale uvážíme-li, kolik se ho v horninách nachází přirozeně, jde o zanedbatelný objem.

Podle odborníků se nemusíme bát žádných negativních vlivů této metody na životní prostředí.

„Jednou z hlavních výhod železa je, že výsledkem reakce je směs oxidů železa, tedy v podstatě rez. Tyto látky se v zemině běžně nacházejí a přidáním nanočástic se jejich koncentrace nijak radikálně nezvýší,“ vysvětluje Miroslav Černík. Dosud se k sanacím kontaminovaných podzemních vod používá například manganistan draselný (hypermangan), který je ovšem sám o sobě jedovatý a zničí vše živé, nebo se voda vyčerpává na povrch a nákladným způsobem zpracovává ve speciálních čistírnách. Použití nanoželeza je mnohem jednodušší - znečisťující látka se redukuje a pokud jde o organickou sloučeninu, rozloží se na nezávadné složky. Těžké kovy, které se při použití oxidačních činitel (například hypermanganu) z horniny uvolňují, zůstanou po aplikaci nanoželeza v nerozpustné formě, takže se nevyplavují do podzemních vod.

„Kromě toho proběhly experimenty, které prokazují, že nanočástice železa nijak neškodí dafniím, šnekům ani jiným vyšším živočichům,“ podotýká profesor Mašláň. Jiří Crhák podle svých slov dokonce s jejich pomocí vyčistil jezírko doma na zahradě a šnekům ani rybám to nijak neublížilo.

Šance pro čističky Tím ale možné využití nanočástic železa zdaleka nekončí. „Je to zatím poměrně neprozkoumaný materiál s obrovským potenciálem, může se uplatnit v celé řadě dalších oblastí, ale mnohé z nich jsou teprve v prvním stadiu poznávání,“ tvrdí Jiří Crhák. Jedním z nich je například úprava nejen podzemních, ale také povrchových odpadních vod.

Dnešní menší čističky - například domácí nebo obecní - produkují kal, který se musí vyvážet do velkých čistíren k dalšímu zpracování. „Kal obsahuje jen dvě procenta sušiny. S kolegou zkoušíme pomocí nanočástic zvýšit jeho sedimentační vlastnosti, aby se lépe koncentroval a množství sušiny bylo ve výsledku dejme tomu třikrát vyšší,“ říká Jiří Crhák.

Vzhledem k tomu, že malé čistírny musí za odvoz a zpracování kalu platit, tento postup by jim radikálně snížil provozní náklady. „Zatím jsme v počátcích, ale v laboratorních podmínkách máme ověřeno, že tento princip funguje. Pokud se ho podaří dotáhnout do konce, mohl by to být velký úspěch,“ uzavírá Jiří Crhák.

***

Pokud se částice slepují, jsou těžší a rychleji klesají ke dnu. Při čištění je přitom zapotřebí, aby zůstaly rozptýlené a propluly znečištěnou horninou co nejdál.

Proběhly experimenty, které prokazují, že nanočástice železa nijak neškodí dafniím, šnekům ani jiným vyšším živočichům. Lze s nimi vyčistit i domácí jezírko na zahradě.

Černá voda dělá divy Unikátní způsob čištění zamořených podzemních vod vymysleli čeští vědci. Do vrtů lijí „černou vodu“ obsahující nanočástice železa, které dokážou redukovat různé druhy nečistot -- od chlorovaných uhlovodíků přes pesticidy po těžké kovy.

O autorovi| Eva Vlčková, redaktorka LN

Autor:

Blogera připravil lajdáctvím o nohu, další zranil. Za nehodu dostal podmínku

Premium S podmínkou na pět let odešel od soudu čtyřiačtyřicetiletý Moldavan. V červenci 2019 způsobil na obchvatu Chrudimi...

Přes víkend zemřou všichni z JIP. Sestra vypráví o práci v době covidu

Premium Markéta Svobodová, hlavní sestra z Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem, stojí spolu s dalšími šesti kolegyněmi z...

Android Auto a CarPlay v každém autě. Poradíme vám, jak na to

Premium Chcete používat oblíbenou navigační aplikaci na displeji v autě místo telefonu? Přečtěte si, jak to udělat a neutratit...

Advantage Consulting, s.r.o.
ŘEDITEL FARMY MASNÉHO SKOTU 50-55.000 Kč

Advantage Consulting, s.r.o.
Moravskoslezský kraj
nabízený plat: 50 000 - 55 000 Kč