Modifikace povrchu nanočástic nulamocného železa pro environmentální aplikace

Mgr. Viktorie VÍCHOVÁ

Disertační práce

Surface mofidication of zero-valent iron nanoparticles for environmental applications

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá povrchovými modifikacemi nanočástic nulamocného železa (nZVI) a jejich využitím v environmentálních aplikacích, zejména v sanační praxi. Díky své vysoké reaktivitě jsou nZVI částice účinným nástrojem pro odstraňování toxických a persistentních látek z kontaminovaných vod a půd. Jejich praktická aplikace je však omezena rychlou oxidací a agregací, které vedou ke snížení stability a reaktivity částic. Cílem této práce je optimalizace povrchových úprav nZVI částic s důrazem na tvorbu oxidické a sulfidické vrstvy, které eliminují zmíněné nevýhody. Teoretická část se zaměřuje na metody syntézy nZVI částic, problematiku jejich stability, možnosti modifikace a popis experimentálních technik použitých pro jejich charakterizaci v této disertační práci. V experimentální části práce byly studovány různé způsoby aktivace na vzduchu stabilních nZVI částic s cílem obnovit jejich reaktivitu. Navazující část se věnuje sulfidaci aktivovaných nZVI částic a její vliv na jejich vlastnosti. Závěrečná část experimentálního výzkumu se soustředí na využití povrchově modifikovaných nZVI částic pro odbourávání perzistentních organických polutantů. Výsledky experimentální části práce ukazují, že správně modifikované nZVI částice mohou významně zlepšit efektivitu sanace prostředí. Práce zároveň představuje inovativní přístup umožňující in-situ syntézu sulfidovaných nZVI částic (S-nZVI) přímo na sanované lokalitě, což nabízí logisticky méně náročné a bezpečnější řešení ve srovnání s tradičními metodami přípravy S-nZVI částic.

Abstract:

This dissertation focuses on surface modifications of zero-valent iron nanoparticles (nZVI) and their practical usage in environmental applications, specifically in remediation. nZVI particles are an effective tool for removing toxic and persistent pollutants from contaminated waters and soils because of their high reactivity. However, their application is limited by their fast oxidation and aggregation, which lead to reduced stability and reactivity. This thesis aims to optimize surface modifications of nZVI particles with a focus on oxide and sulfide shells, eliminating these drawbacks. The theoretical part describes synthesis methods of nZVI particles, discusses their stability and possible surface modifications, and describes experimental methods used for the characterization of nZVI particles in this work. The experimental part includes a study focused on different approaches to activation of air-stable nZVI particles to restore their reactivity. A subsequent study uses these activated nZVI particles for the preparation of sulfidated nZVI particles. The experimental part concludes with the usage of differently modified nZVI particles for the removal of persistent organic pollutants. The results of the experimental part show that appropriately modified nZVI particles can effectively enhance remediation efficiency. The dissertation also introduces an innovative approach offering in-situ synthesis of sulfidated nZVI particles (S-nZVI) directly at the remediated site. Such an approach offers a logistically simpler and safer solution compared to traditional methods of S-nZVI particle preparation.

Klíčová slova

nanočástice nulamocného železa, nZVI, povrchové modifikace, sanace, sanační technologie, kontaminace, šestimocný chrom, PFAS, eliminace polutantu

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 10. 2. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Mgr. Jan Filip, Ph.D.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Nanotechnologie / Nanotechnologie