Nanomateriali v postopkih čiščenja odpadnih voda

dr. Maja Bauman

Prihodnost uporabe (nano)materialov je zaradi vse večjih izzivov in strožjih zakonodajnih zahtev, nedvomno eden izmed bodočih največjih tehnoloških izzivov čiščenja, predvsem pa recikliranje odpadnih voda. Po ocenah se v svetovnem merilu proizvede okoli 11 milijonov ton (nano)materialov, v vrednosti 20 milijard EUR. Čeprav se ti materiali proizvajajo v manjših količinah in se v postopkih čiščenja voda uporabljajo v manjšem obsegu kot naravni materiali, uporaba nekaterih zelo hitro narašča. Trenutno je največje povpraševanje po funkcionaliziranih SiO2 nanodelcih, nano titanovem in cinkovem dioksidu, fulerenih, ogljikovih nanocevkah in nanosrebru, predvsem zaradi njihove majhnosti, velike specifične površine, močne adsorpcijske sposobnosti in izjemne reaktivnosti in mobilnosti v raztopinah.

Ob vedno večji uporabi (nano)materialov pa je potrebno tudi zavedanje o njihovem vplivu na okolje in človeka. Dejavniki tveganja uporabe nanodelcev za zdravje ljudi izhajajo iz topnosti delcev, odvisni pa so tudi od velikosti, oblike, kemijske sestave, lastnosti površine, koncentracije in njihove porazdelitve v tkivih, biološke razgradljivosti ter nečistoč, ki se vežejo na nanodelce.

V Sloveniji je proizvodnja (nano)materialov v fazi intenzivnega razvoja, na to temo se gospodarske družbe povezujejo z raziskovalnimi in akademskimi institucijami. Cilj sodelovanja je vzpostaviti procese proizvodnje in aplikacije (nano)materialov v industrijskem merilu, upoštevajoč princip krožnega gospodarstva ter recikliranja.

Razvijajo se (nano)materiali in magnetni nanodelci (MNP) za saniranje specifičnih onesnaženj s težkimi kovinami (npr. Pb2+, Hg2+, Cr6+, Cd2+, Zn2+, Ag+, idr.) ter za sanacijo oljnih razlitij (slika 1). 

Shema_magnetnih_nanodelcev
Slika 1: Shema s tiolno (-SH) skupino funkcionalizirani superparamagnetni nanodelci CoFe2O4 in proces adsorpcije/desorpcije. (Vir: Viltužnik, B. Doktorska disertacija, Fakulteta za strojništvo, Maribor, 2014)


Uspešno je razvita tudi že metoda, s katero se lahko sintetizira večje količine (nano)materialov po mokrih kemijskih metodah, kar je bila do sedaj vrzel v razvoju (nano)materialov. Novost predstavljajo adsorpcijski (nano)materiali na osnovi spinelnih feritov, ki so tehnološko zanimivi predvsem zaradi superparamagnetnih in specifično prilagojenih lastnosti. Zaradi dokazane nizke stopnje toksičnosti, možnosti večkratne uporabe, imajo tako kot magnetni nanodelci, potencial za čiščenje vseh vrst odpadnih voda, saj se težke kovine ali olje lahko enostavno in hitro odstrani z uporabo zunanjega magnetnega polja po adsorpciji.

Odstranjevanje_funkcionaliziranih_magnetnih_nanodelcev
Slika 2: Odstranjevanje funkcionaliziranih magnetnih nanodelcev (MND@SiO2@NH2) z zunanjim magnetom. (Vir: Masten Gubeljak,V., Magistrska naloga, Fakulteta za strojništvo, Maribor, 2016)


Z uporabo različnih (nano)materialov v realnih aplikacijah se glede na njihove prednostne lastnosti lahko poveča učinkovitost pridobivanja oziroma recikliranja težkih kovin iz odpadnih vod. Postopek nanofiltracije skupaj z magnetnimi nanodelci ima zaradi učinkovitosti, možnosti prilagajanja, relativno enostavne uporabe in vzdrževanja potencial, da postane standardiziran postopek za čiščenje komunalnih in industrijskih odpadnih voda.

Napovedi kažejo, da bi naj bile do leta 2020 razvite t. i. »pametne« membrane za zaznavanje ter selektivno odstranjevanje in razstrupitev različnih onesnaževal. Dezinfekcija pitne vode s klorom postaja konkurenčen postopek z uporabo magnetnih nanodelcev in bio-aktivnim Ag in Mg oksidom. Predvsem zanimiv je za podeželska območja in države v razvoju, kjer je akuten problem pomanjkanja čistih virov pitne vode in primernih sistemov za čiščenje in pripravo voda.

Predstavitve rezultatov najnovejših raziskav in naprednih odkritij na področju nanomaterialov in njihovih aplikacij s področja sintez novih nanomaterialov ter njihove uporabe v okolju, biotehnologiji, medicini, energetiki, senzoriki in tekstilstvu, lahko pričakujemo v juniju na Bledu, v okviru NATO delavnice in 3. NANOAPP 2017 konference Nanomateriali & Aplikacije (http://nanoapp.ios.si/).


----------

Maja_Bauman

Dr. Maja Bauman je doktorica znanosti s področja tehniškega varstva okolja, zaposlena na IOS, Inštitutu za okoljevarstvo in senzorje, d.o.o., v Mariboru kot raziskovalka na področju okoljevarstva in vodja Laboratorija za Okoljevarstvo. Njeno strokovno delo je usmerjeno v poznavanje zakonodajnih zahtev in meril s področja okoljevarstva ter osredotočeno na različne vrste voda, kot so tehnološke, površinske, odpadne, kopalne vode ter pitno vodo. Obvladuje in izvaja standardizirane metode laboratorijske analitike vode in testiranja postopkov obdelave in čiščenja različnih tipov voda ter sodeluje pri razvoju novih (nano)materialov za aplikacije na področju okoljevarstva ter njihovo implementacijo v kombinirane napredne postopke čiščenja odpadnih voda ter v procese membranske filtracije. Izvaja svetovanje na področju priprave in čiščenja/obdelave ter analitike različnih vrst voda in izobraževanja na znanstvenih in strokovnih nacionalnih in mednarodnih konferencah. Trenutno aktivno sodeluje v Projektu EU (H2020) - RESYNTEX (http://resyntex.eu/), ki se je začel junija 2015. Cilj tri in polletnega projekta je ustvariti nov koncept krožnega gospodarstva, ki vključuje dva industrijska sektorja, tekstilni ter kemični. Vpeljava predlaganega koncepta industrijske simbioze bo omogočila pridobivanje dragocenih sekundarnih surovin iz tekstilnih odpadkov in zmanjšala negativni vpliv procesov na okolje.

______

Seznam vseh prispevkov