Kompozitní nanomateriály jako nástroj pro možné odstraňování emergentních polutantů

Eva GABRIEL

Bachelor's thesis

Composite nanomaterials as a tool for the potential removal of emergent pollutants

Abstract:

Mezi emergentními polutanty, které se lidskou činností dostávají do odpadních a povrchových vod, jsou i herbicidy, které jsou aplikovány na zemědělskou půdu za účelem dosažení co nejvyššího výnosu. Jedním z nejužívanějších herbicidů je kyselina 2,4-dichlorfenoxyoctová, která je jako hlavní složka obsažena až u 1500 herbicidních produktů. Tato látka narušuje vodní ekosystémy a nepříznivě ovlivňuje lidské zdraví. Stopové množství polutantů v různých zdrojích vody, naznačují nedostatečnost tradičních systémů čištění vod. Nadějnou technologií se v tomto ohledu jeví adsorpce polutantů na kompozitní nanomateriály, a to především pro jejich velkou povrchovou kapacitu a stabilitu. Možným novým řešením by právě mohl být i nanokompozitní adsorbent ferihydrit-CeO2. Tento sorbent disponuje magnetickými vlastnostmi, díky kterým je lehce separovatelný z vodného prostředí, je vyroben z levných a běžně dostupných chemikálií a disponuje dobrou adsorpční účinností. Tato práce se zabývá hodnocením účinností adsorpce 2,4-D na čtyřech typech nanokompozitního sorbentu ferihydritu-CeO2. Za tímto účelem byly provedeny laboratorní experimenty, ve kterých byla zjišťována kinetika adsorpce a adsorpční kapacita pomoci adsorpčních izoterem. Následně byly porovnány adsorpční kapacity jednotlivých sorbentů, a to včetně závislosti na pH. Z analýzy naměřených dat vyplývá, že adsorpční schopnost vybraných adsorbentů, ale i charakter reakce probíhající na povrchu, je ovlivněna jak hodnotou pH, tak i způsobem přípravy kompozitního nanomateriálu. V experimentech nejlépe obstál kompozitní nanomateriál, který byl syntetizovaný amoniakální cestou, a jeho jádro bylo připraveno z běžně dostupných a levných chemikálií. Maximální adsorbované množství pro tento vzorek dle Langmuier-Freundlichova modelu při nativním pH bylo 55,7 mg/g.

Abstract:

Among the emergent pollutants introduced into wastewater and surface waters by human activity are herbicides, applied to agricultural soil to maximize yield. One of the most commonly used herbicides is 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, found as a primary component in up to 1500 herbicidal products. This substance disrupts aquatic ecosystems and adversely affects human health. Trace amounts of pollutants in various water sources indicate the inadequacy of traditional water treatment systems. Adsorption of pollutants onto composite nanomaterials appears as a promising technology due to their large surface capacity and stability. A potential new solution could be the nanocomposite adsorbent ferrihydrite-CeO2. This sorbent possesses magnetic properties, facilitating easy separation from the aqueous environment, is made from inexpensive and commonly available chemicals, and exhibits good adsorption efficiency. This work evaluates the efficiency of 2,4-D adsorption on four types of ferrihydrite-CeO2 nanocomposite sorbents. Laboratory experiments were conducted to determine adsorption kinetics and capacity using adsorption isotherms. Subsequently, the adsorption capacities of individual sorbents, including pH dependence, were compared. Analysis of the measured data indicates that the adsorption capacity of selected adsorbents, as well as the nature of the surface reaction, is influenced by both pH value and the method of preparing the composite nanomaterial. In the experiments, the composite nanomaterial synthesized via the ammonia route, with its core prepared from commonly available and inexpensive chemicals, performed the best. The maximum adsorbed amount for this sample according to the Langmuir-Freundlich model at native pH was 55.7 mg/g.

Keywords

adsorpce, emergentní polutant, ferihydrit-CeO2, herbicid, kompozitní nanomateriály, kontaminace vod, oxid ceričitý

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Environment

Bachelor programme / field:
Environmental Protection / Environmental technology