Nanomateriály jsou hitem dnešní doby.
Pro svoje unikání vlastnosti jsou v centru
pozornosti prestižních vědeckých pracovišť
i vývojových týmů významných firem.
Pořádají se odborné semináře a konference
se zaměřením na nanomateriály a nanotechnologie.
Čeští vědci hrají v této oblasti
významnou roli. A to nejen kvůli unikátnímu
objevu průmyslové výroby nanovláken
na Technické univerzitě v Liberci.
Velkou pozornost vědecké veřejnosti
na evropské konferenci EuroNano-
Forum v Praze ve dnech 2.-5. června
vzbudil například projekt čištění
vody pomocí nanočástic železa, který
v terénu ve spolupráci se společností
Aquatest aplikuje vědecký tým
Miroslava Černíka z Ústavu nových
technologií a aplikované informatiky
z Fakulty mechatroniky a mezioborových
inženýrských studií liberecké
univerzity.
Princip sanace podzemních vod
pomocí nanočástic železa je založen na
jejich schopnosti oxidace ve vodě a tím
redukovat kontaminant na látku méně
toxickou.
Autorem metody čištění kontaminovaných
podzemních vod pomocí nanočástic
železa je profesor W.-X. Zhang
z Lehigh Univerzity v USA. Byli to ale
vědci z Technické univerzity v Liberci,
kdo tuto vědeckou metodu vytáhl (stejně
jako v případě průmyslové výroby
nanovláken) z laboratoře do terénu.
Na deseti pilotních lokalitách v České
republice ji aplikují při čištění spodních
vod. Například ve vojenském prostoru
v Uherském Brodu, kde z velkokapacitní
prádelny unikala do země organická
rozpouštědla. Nebo v Hořicích v Podkrkonoší,
historicky znečištěných chlorovanými
etheny činností průmyslového
podniku Karbox. Dalšími vybranými
lokalitami jsou severočeské Kuřívody, kontaminované
chlorovanými uhlovodíky z činnosti
sovětské armády, nebo Rožmitál pod Třemšínem,
kde by si měly nanočástice železa poradit
s polychrovanými bifenyly.
Podstata reakce, při které se mění vlastnosti
toxických látek, je založena na schopnosti
nanočástic železa působit na některé látky
a měnit jejich oxidační stav. Například redukovat
mocenství chromu v toxických karcinogenních
látkách ze šesti na tři. Trojvalentní chrom
je méně rozpustný i méně pohyblivý, vysráží
se a kontaminovaná voda se stane opět čistou.
Tento princip se dříve využíval v reaktivních
bariérách vyplněných železnými pilinami.
Reaktivní stěna se postavila do cesty kontaminované
vodě a došlo zde k chemické reakci, při
které se například u nás nejběžnější kontaminant
– chlorovaný eten- mění na prakticky
neškodný etylen.
Dříve se také kontaminovaná voda
odčerpávala z vrtů vyhloubených do
kolektoru podzemní vody a čistila se
na povrchu například přes aktivní uhlí.
Tyto metody jsou ale málo účinné,
prostorově omezené a časově náročné.
Ani po deseti letech čerpání se neprojevil
na některých lokalitách - například
v Kuřívodech - očekávaný efekt.
Nanomateriály získávají právě díky
svým rozměrům oproti látkám stejného
složení speciální vlastnosti. V případě
nanočástic železa využívají vědci jejich
vysoké reaktivnosti a schopnosti migrovat.
To však ale přináší i jisté komplikace,
například při skladování. Nanočástice
železa o průměrné velikosti padesáti
nanometrů mají relativně velkou vysoce
reaktivní plochu, na vzduchu okamžitě
reagují s kyslíkem a začnou hořet. Proto
je na TUL uchovávají v lahvích s vodním
roztokem. Vzhledem k této rychlé
oxidaci navíc přirozené nanočástice
železa vyčerpají svoje vlastnosti
v krátké době a na malém prostoru. Proto
se výzkum zaměřil na vývoj a výrobu
nového typu nanomateriálu na bázi
povrchově modifikovaných železných
nanočástic, kterým jejich vlastnosti
vydrží časově i prostorově déle.
Povrchově modifikovan é
nan očástice
Vyvinout nový typ povrchově modifikovaných
nanočástic železa se podařilo v rámci
projektu Akademie věd ČR „Nanotechnologie
pro společnost“, ve kterém spolupracovali
liberečtí vědci s vědeckými týmy
brněnské Masarykovy univerzity, Centra pro
výzkum nanomateriálů Univerzity Palackého
v Olomouci a s akciovou společností
Aquatest.
Aquatest vyvinul k tomuto účelu speciální
dávkovací zařízení pro řízení potřebné
koncentrace nanoželeza při vsakování
v závislosti na průtoku technologické vody.
Premiéru má rovněž v severočeských Kuřívodech.
V současné době probíhají na Technické
univerzitě v Liberci rozsáhlé experimenty
k ověření nejen reaktivity různě upravených
nanočástic, ale i k ověření jejich mobility.
Jsou to experimenty v laboratorních kolonách
či na sedimentačním přístroji, kde lze
jednotlivé vzorky velmi rychle a efektivně
porovnávat.
Povrchově modifikované nanočástice železa
dodává podnik NANO IRON se sídlem
v Rajhradu. Na vývoji technologie výroby
a modifikace nanočástic nulamocného železa
se významně podíleli také vědci z Centra pro
výzkum nanomateriálů Univerzity Palackého
v Olomouci. Díky unikátní, ekologicky šetrné
a bezodpadové technologii vyrábí povrchově
modifikované nanočástice železa v průmyslovém
měřítku s téměř neomezenou výrobní
kapacitou.
Kontaminace spodních vod je stále vážným
problémem pro současnost i budoucnost.
Sanovat potřebuje mnoho českých
lokalit znečištěných chlorovanými uhlovodíky,
například tetrachloretylénem, které se
používaly při čištění strojů. Do spodních vod
se tyto látky dostaly také neopatrným požíváním
rozpouštědel při různých výrobách.
S těmito látkami si umějí nanočástice železa
poradit. Nadějně ale vypadají i experimenty
reakcí nanočástic železa s šestimocným uranem.
Ten se po reakci s nanoželezem vysráží
jako méně toxický čtyřmocný prvek. Nanočástice
železa uspokojivě reagují dokonce
s těžkými kovy, jako je arzen či olovo a mají
tendenci reagovat už se samotným kyslíkem
ve vodě. Těmito reakcemi se snižuje kyselost
vody, což by mohlo pomoci u kontaminových
důlních vod.
Lidským okem i běžným mikroskopem
neviditelné nanočástice železa se stávají
strategickým materiálem s obrovským
aplikačním potenciálem v řadě moderních
nanotechnologií. Díky svým mimořádným
redukčním schopnostem, malému rozměru
v řádu několika desítek nanometrů a vysoké
reaktivitě vůči široké škále toxických látek
jsou tyto ultrajemné částice aplikovatelné
v redukčních technologiích sanace podzemních
i pozemních vod. Velkým plusem této
metody je, že je velmi šetrná k životnímu
prostředí. Samotné nanoželezo se totiž mění
na oxidy železa, které se přirozeně vyskytují
ve spodních vodách i v horninovém prostředí.
Na rozdíl od některých oxidačních činidel
nepůsobí tedy toxicky a přidáním nanočástic
se koncentrace běžných oxidů železa nijak
podstatně nezvýší.
Výsledky výzkumu vědeckých týmů tedy ukazují,
že díky elementárnímu železu bude možné
se vyrovnat s řadou minulých hříchů, kterých se
lidé dopouštěli vůči životním prostředí. Podle
odborníků nehrozí žádná rizika.
Jaroslava Kočárková
Migrace
