Využití nanouhlíkových materiálů pro odstraňování organických látek z podzemních vod.

Abstract

Práce vznikla ve spolupráci se společností Geotest a. s. Brno v rámci projektu VaV: FR-TI1/389 – program TIP „Sorbenty na bázi nano-uhlíku k odstraňování těžkých kovů z vody“ a zabývá se výzkumem možnosti využití uhlíkových nanotrubiček při čištění kontaminovaných podzemních vod. Nanotechnologie se v posledních letech rozšířily do různých odvětví průmyslu, od potravinářského až po např. medicínu. V oblasti sanace podzemních vod zatím nalezly uplatnění nanočástice nulamocného železa, které pomáhají odstranit znečištění horninového prostředí chlorovanými uhlovodíky nebo těžkými kovy. Nanomateriály na bázi uhlíku své uplatnění v této oblasti stále hledají. Mnoho zahraničních studií už ukázalo, že nanomateriály na bázi uhlíku se dají využít jako sorbenty těžkých kovů a organických látek, a že svými vlastnostmi dokážou konkurovat běžně dostupným sorbentům. Nejčastěji jsou tyto studie zaměřeny právě na uhlíkové nanotrubičky, obvykle se ale zabývají pouze principem sorpce v laboratorních podmínkách a postrádají jakýkoli náznak praktického využití. Tato disertační práce ve dvou kapitolách shrnuje současné poznatky o možnostech využití nanomateriálů, a to především vícevrstevných uhlíkových nanotrubiček (MWCNTs), při čištění vod. V praktické části je zaměřená na charakterizaci použitého sorbentu (MWCNTsNC7000 společnosti Nanocyl s. a.) a především na laboratorní výzkum adsorpce organických látek (PAHs a uhlovodíků C10-C40) z modelových roztoků metodami statické (vsádkové) a dynamické (kolonové) adsorpce. Pro představu o účinnosti sorbentu při čištění silně kontaminovaných vod je adsorpce prováděna i na reálných vzorcích kontaminovaných podzemních vod ze třech lokalit. V závěru je také diskutována možnost využití uhlíkových nanotrubiček v praxi. Výsledky potvrdily, že statická i dynamická adsorpce na MWCNTsNC7000 jsou poměrně účinnou metodou pro odstranění organických látek, jak z modelových roztoků, tak z reálných vzorků podzemních vod.

This doctoral thesis was written under the project VaV: FR-TI1/389 – program TIP „Carbon-based nanomaterials as sorbents for heavy metal contaminated water remediation“ and focuses on possibilities of using carbon nanotubes in groundwater treatment. Recently the nanotechnologies are widely used in variety of industrial applications e.g. food processing industry, medicine, etc. In the field of groundwater treatment the zero-valent iron nanoparticles are utilized for chlorinated hydrocarbons and heavy metals pollution removal. However the carbon-based nanomaterials are yet to be applied in this field. Many studies conclude that carbon-based nanomaterials can be equally effective as commonly used sorbents. These works treats mainly the carbon nanotubes and especially under laboratory conditions. The studies lack field data as well as in situ employment of technology techniques. First and second chapter of this thesis contains current overview of utilization of the nanomaterials with special focus on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) usage in water remediation. In the following practical part the applied sorbent (MWCNTs NC7000) is described and the main focus is put on the laboratory research of organic pollutants adsorption (polycyclic aromatic hydrocarbons – PAHs, hydrocarbons C10 – C40) from model solutions. The static and dynamic adsorption technique was employed on model solutions as well as three polluted groundwater samples from three different locations. The concluding part also discusses the field employment of carbon nanotubes. The results confirmed that the static and dynamic adsorption on MWCNTsNC7000 is quite an effective method for removing of organic chemicals from both the model solutions and from real groundwater samples.