|
Как известно, для разложения хлоорганических веществ из почвы и воды используют наночастицы железа. Однако они не очень стабильны, быстро окисляются и теряют свою работоспособность. Применение различных стабилизаторов резко ухудшает их эффективность, время разложения хлорорганических веществ составляет от 10 до 30 дней, требуются специальные устройства для введения наночастиц железа в почву, расход наночастиц становится очень высоким. Это сильно повышает стоимость очистки почвы, особенно когда необходима обработка больших площадей.
Нами разработана технология ремедиации почв с помощью наночастиц биметаллов, в которых используются дешевые, доступные и безвредные металлы. Для демонстрации эффективности метода в качестве хлорорганических соединений были выбраны пестициды линдан С6Н6Cl6 и тетрахлорэтен C2Cl4 . Наночастицы биметаллов имели размеры от 20 до 100 нм, средняя величина – 50 нм. Концентрация наночастиц биметаллов в суспензии составляла 100 мг/л. Исследовались растворы линдана с концентрацией 1 мг/л и тетрахлоэтена с концентрацией 0,1 мг/л. Суспензия наночастиц биметаллов добавлялась в раствор хлоорганических соединений из расчета 10:1 (биметалл:хлорорганическое соединение). Концентрации хлоорганических соединений определяли с помощью метода газо-жидкостной хроматографии. Проводили дополнительные эксперименты с добавлением в раствор глины из расчета 5:1 (глина:раствор) по массе.
Таблица 1 . Понижение концентрации хлорорганических веществ в растворе после введения наночастиц биметаллов (мг/л)
Вещество |
0 минут |
30 минут |
1 час |
10 часов |
24 часа |
48 часов |
С6Н6Cl6
C2Cl4 |
1,0
0,1 |
0,81
0.075 |
0,65
0,058 |
0,12
0.02 |
0,05
<0,01 |
<0,01
<0,01 |
Таблица 1 . Понижение концентрации хлорорганических веществ в растворе с глиной после введения наночастиц биметаллов (мг/л)
Вещество |
0 минут |
30 минут |
1 час |
10 часов |
24 часа |
48 часов |
С6Н6Cl6
C2Cl4 |
1,0
0,1 |
0,84
0.079 |
0,70
0,062 |
0,15
0.03 |
0,06
0,015 |
<0,01
<0,01 |
Таким образом, практически полное разложение хлорорганических веществ наблюдалось через 48 часов. Наличие глины практически не оказывает влияния на процесс. В результате разложения хлорорганических веществ образуются безвредные хлор- ионы и газ C2Н4
Основные преимущества нашей технологии:
- технологических процесс получения биметаллов наночастиц является непрерывным, дешевым, высокопроизводительным (100 грамм в час и более) и неэнергоемким (1 Вт-час/1 грамм в час),
- в состав биметаллов входят дешевые и доступные химические элементы,
- в технологическом процессе изготовления биметаллов не используются химические стабилизаторы,
- время жизни наночастиц в приготовленных рабочих растворах не менее 20-30 суток,
- малые размеры наночастиц – 5-10 нм,
- сравнительно высокая скорость взаимодействия наночастиц с хлорорганическими веществами – снижение концентрации в 50 - 100 раз за 24-48 часов,
- наночастицы не взаимодействуют с основными компонентами почв, что обеспечивает их миграцию на сравнительно большие расстояния (20-30 м) вместе с грунтовыми водами; в почве образуются нерастворимые в воде агломераты, которые дальше не переносятся грунтовыми водами,
- результатом взаимодействия наночастиц с хлоорганическими веществами являются безвредные хлор- ионы и газ C2Н4.
Известен ряд методов восстановления шестивалентного хрома в загрязненных почвах и воде, однако они имеют низкую эффективность, особенно применительно к почвам с высоким рН.
Основные преимущества нашей технологии заключаются в следующем:
- разработан непрерывный, дешевый, высокопроизводительный (100 грамм в час и более) и неэнергоемкий (1 Вт-час/1 грамм в час) технологических процесс получения биметаллов наночастиц,
- в состав биметаллов входят дешевые и доступные химические элементы,
- в технологическом процессе изготовления биметаллов не используются химические стабилизаторы,
- время жизни наночастиц в приготовленных рабочих растворах не менее 8-10 суток,
- малые размеры наночастиц – 5-10 нм,
- наночастицы сохраняют работоспособность при рН почв и грунтовых растворов в широком диапазоне, вплоть до значения 10,2,
- наночастицы не взаимодействуют с основными компонентами почв (по крайней мере, для почвы, на которой проводились испытания), что обеспечивает их миграцию на сравнительно большие расстояния (20-30 м) вместе с грунтовыми водами,
- результатом взаимодействия наночастиц с шестивалентным хромом является нерастворимое в воде соединение трехвалентного хрома с одним из компонентов биметалла FeO.Cr2O3.
- Концентрация Cr VI в почве понижается от 10 мг/кг до < 0,01 мг/кг в течение 4 часов при добавлении в нее коллоидного раствора наночастиц из расчета 10:1 (биметалл: Cr6+).
-- Концентрация Cr6+ в воде понижается от 10 мг/л до < 0,01 мг/л в течение 30 сек при добавлении в нее коллоидного раствора наночастиц из расчета 10:1 (биметалл: Cr6+ ) и в течении 5 минут для соотношения 1:1.
 |
Рис.1. Коллоидный раствор наночастиц биметаллов |
|