Interakce Cr(VI) s nanoželezem

Bc. Eva Machalická

Master's thesis

Interractions of Cr(VI) with nanoiron

Abstract:

Nanočástice elementárního železa (nZVI, nano zero-valent iron) jsou v současné době využívány v moderních sanačních technologiích díky jejich sorpčním a redukčním vlastnostem. Teoretická část této diplomové práce byla zaměřena na fyzikální a chemické vlastnosti chromu, jeho toxicitu a možnosti vstupu do životního prostředí. Dále byla popsána mineralogie a (geo)chemické vlastnosti částic nZVI a nejpoužívanější analytické metody studia těchto částic. Hlavním cílem studie bylo zjistit interakce šestimocného chromu (Cr(VI)) s nZVI. Byla provedena sada laboratorních adsorpčních experimentů se zaměřením na vliv počáteční hodnoty pH (3; 4,5 a 6) a iontové síly elektrolytu NaNO3 (0,1; 0,01 a 0,001M) na sorpci a redukci Cr(VI). Dále byl zkoumán charakter nZVI po sorpci pomocí několika instrumentálních metod, a to transmisní elektronové mikroskopie (TEM, Transmission Electron Microscopy), rentgenové difrakce (XRD, X-ray diffraction) a rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS, X-ray photoelectron spectroscopy). Počáteční hodnota pH ovlivnila sorpci a redukci Cr(VI) z roztoku pomocí nZVI. Při pH 3 docházelo k významnému poklesu koncentrací celkového chromu a Cr(VI). Separační experiment (Cr(III/VI)) prokázal výrazné snížení Cr(VI) i při pH 6. K optimální reakci mezi nZVI a Cr(VI) docházelo u iontové síly elektrolytu 0,01M. Instrumentální metody potvrdily sorpci chromu na povrch nZVI. XRD a TEM analýzy identifikovaly přítomnost magnetitu (Fe3O4), dále byl pomocí XRD detekován pravděpodobně chromit (Cr2FeO4) a XPS analýza potvrdila přítomnost šestimocného chromu CrO3 ve svrchní vrstvě nZVI po sorpci. Výsledky ukázaly potenciál nZVI pro odstranění Cr(VI) z roztoku.

Abstract:

Nanoparticles of zero-valent iron (nZVI) are currently used in modern remediation technologies, due to their sorption and reduction properties. The theoretical part of this diploma thesis is focused on physical and chemical characteristics of chromium, its toxicity and ways of entering the environment. Further, the mineralogy and (geo)chemical characteristics of nZVI particles were described together with the most used analytical methods for the research of such particles. The main aim of the study was to find out the interaction of hexavalent chromium (Cr(VI)) with nZVI. A set of laboratory adsorption experiments was conducted, with focus on the influence of initial pH (3; 4,5 and 6) and ionic strength of the electrolyte NaNO3 (0,1; 0,01 and 0,001M) on sorption and reduction of Cr(VI). Furthermore, the character of nZVI was investigated after the sorption using several instrumental methods such as transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The initial pH value influenced the sorption and reduction of Cr(VI) from the solution by nZVI. Total chromium and Cr(VI) concentrations significantly dropped at pH 3. The separation experiment (Cr(III/VI)) showed a significant reduction of Cr(VI) even at pH 6. The optimal reaction between nZVI and Cr(VI) was observed in the electrolyte with ionic strength 0,01M. The instrumental methods proved the sorption of chromium onto nZVI surface. Furthermore, XRD and TEM analyses identified the presence of magnetite (Fe3O4), XRD analysis detected possible presence of chromite (Cr2FeO4) and XPS analysis confirmed the presence of hexavalent chromium CrO3 in the surface layer of nZVI after sorption. The results show the potential of nZVI in Cr(VI) removal from solution.

Keywords

adsorpce, Cr(VI), nano železo, redukce, speciace

Keywords

adsorption, Cr(VI), nano-iron, reduction, speciation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Martina Vítková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Master programme / field:
Applied Ecology / Nature Conservation