Studium migrace železných nanočástic v homogenním uměle vytvořeném 2-D a 3-D kolektoru

Dipl.-Ing. Kristýna Pešková

Doctoral thesis

Study of the Migration of ZVI Nanoparticles in an Artifical Homogeneous Aquifer in a 2-D and 3-D Arrangement

Abstract:

Nanočástice nulmocného železa (nZVI) představují progresivní materiál pro in-situ sanace kontaminovaných lokalit. Vedle testování reaktivity železných nanočástic s daným druhem kontaminace (např. Cr(VI), chlorované uhlovodíky, lindany, těžké kovy) je neméně důležité zjistit, jak daleko jsou nanočástice schopné migrovat, aby byl tak zajištěn potřebný kontakt s kontaminantem v porézním prostředí. Migrace nanočástic v horninovém prostředí je úkol, který se řeší dlouhodobě a z různých pohledů na různých pracovištích včetně TUL. Experimentální zařízení většinou umožňují studium této úlohy v 1-D uspořádání (laboratorní kolony) v odlišných uspořádáních s různou detekcí migrujících látek. 2-D a 3-D experimentální zařízení velkého měřítka výzkumného pracoviště VEGAS, Univerzity ve Stuttgartu umožňuje studium migrace a interakce nanočástic nulmocného železa v homogenním uměle vytvořeném kolektoru za podmínek blížících se reálným podmínkám na lokalitě. Experimentální boxy mají rozměry 1 x 0,12 x 0,7 m a 8 x 1 x 3 m (D x Š x V). Zařízení umožňují vizualizaci migrace nanoželeza při injektáži do zdrojové zóny kontaminace (metoda direct-push), stejně jako porovnání migračních vlastností různých typů částic, výpočet efektivity šíření částic v prostředí a především kvantifikaci celkového sanačního zásahu. Experimenty měly souvislost s mezinárodním výzkumným projektem 7.RP EU NanoRem (Nanotechnology for contaminated land Remediation), jehož cílem bylo ukázat, že aplikace nanočástic je účelná a především spolehlivá metoda pro sanaci kontaminované půdy a podzemní vody.

Abstract:

Nanoscale zero-valent iron is a progressive material for in-situ remediation of contaminated sites. Besides testing the reactivity of iron nanoparticles with a given kind of contaminant (e.g. Cr(VI), chlorinated ethenes, lindane, heavy metals) it is equally important to find out how far the nanoparticles are able to migrate to ensure contact with the contaminant in the subsurface. Migration of zero valent iron in groundwater is a task that is investigated from different points of view. The experimental equipment is usually arranged as a 1-dimensional assignment (laboratory column) in various set-ups with different ways of detecting migrant substances. The 2- and 3-dimension experimental equipment from the VEGAS research facility, University of Stuttgart, with large scale dimensions, enables the study of the migration and interaction of nZVI in a homogeneous artificial aquifer under conditions approaching real situations. This set up has a scale from 1x0.12x0.7 m to 8x1x3 m (L x W x H). These experiments enable the visualization of nZVI migration by injecting into the source zone of contamination (direct-push), as well as a comparison of the migration properties of different particles, a calculation of the spread efficiency of the particles in the subsurface and in particular the quantification of the whole remedial action. The experiment was connected with the international research project 7. FP EU NANOREM (Nanotechnology for contaminated land Remediation) which aimed to show that the application of nanoparticles is a useful and, most importantly, a reliable method for remediation of contaminated soil and groundwater.

Keywords

Částice nulmocného železa, injektáž nanočástic, transport nanočástic v porézním prostředí, interakce nanoželezných částic s kontaminantem

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 7. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. Dr. Ing. Miroslav Černík, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / field:
Applied Sciences in Engineering / Applied Sciences in Engineering