Možnosti kontaminace životního prostředí nanomateriály uvolněnými při spalování odpadů.

Lenka Schreiberová

Doctoral thesis

Possibilities of Environment Contamination by Nanomaterials Released from Wastes Incineration.

Abstract:

Aplikace nanomateriálů do elektrických a elektronických zařízeních se stále zvyšuje díky jejich nanospecifickým vlastnostem oproti konvenčním materiálům. Z cíleně vyráběných nanomateriálů nacházejí velké uplatnění uhlíkové nanotrubičky aplikované do baterií, zejména do Li-ion baterií (např. baterie mobilních telefonů, baterie notebooku nebo baterie fotoaparátů). V důsledku rychlého technologického pokroku se tyto baterií ocitají na konci životního cyklu a stávají se nanoodpadem, kterého stále přibývá. Vzhledem k tomu, že uhlíkové nanotrubičky mají strukturální podobnost s karcinogenním azbestem, vyvstává otázka efektivního a bezpečného zneškodnění takového druhu nanoodpadu. Experimentální část práce byla zaměřena na konstrukci dvou typů experimentálních zařízeních na spalování elektroodpadu obsahující uhlíkové nanotrubičky. V prvním typu zařízení byl použit termogravimetr a Nanoscan SMSP. V druhém typu zařízení byla použita Muflová pec a Nanoscan SMPS. Rozdíl mezi zařízeními je v navážce vzorků, termogravimetr pracuje s miligramy, muflová pec s gramy. Díky navážce v miligramech, bylo možné detailně sledovat spalovací proces a přeměny hmotnosti vzorku v závislosti na teplotě a čase. Nanoscan SMPS umožňoval real time přenos dat uvolněných nanočástic během spalovacího procesu. Vzorky určené pro spalovací experimenty byly získány v rámci spolupráce na mezinárodním projektu 7. RP NANoREG, a sloužily pro ověření funkčnosti experimentálních zařízeních. Vzorky před a po spálení byly odeslány na SEM analýzu. Experimentem se podařilo prokázat funkčnost navržených experimentálních zařízeních, v nichž bylo možné sledovat termální degradaci reálného elektroodpadu obsahující uhlíkové nanotrubičky a měřit vzniklé emise ze spalování, za účelem přechodu do ovzduší nebo do tuhého odpadu po spálení. Zároveň lze konstatovat, že experimentální část připravila specifické nástroje na laboratorní úrovni pro prevenci rizik v oblasti spalování odpadů s nanomateriály.

Abstract:

The application of nanomaterials into electrical and electronic equipment continues to increase thanks to their nanospecific properties over conventional materials. These nanomaterials are widely used for carbon nanotubes applied to batteries, especially Li-ion batteries (eg, cell phone batteries, laptop batteries, or camera batteries. As a result of rapid technological advances, these batteries are at the end of their life cycle and are becoming more and more nanowaste. As carbon nanotubes are structurally similar to carcinogenic asbestos, the question of effective and safe disposal of such a kind of nanowaste arises. The experimental part of the work was focused on the construction of two types of experimental devices for the combustion of electro-waste containing carbon nanotubes. In the first type of equipment, the thermogravimeter and Nanoscan SMSP was used. The second type of equipment used Muffle furnace and Nanoscan SMPS. The difference between the devices is in the sample weighing, the thermogravimeter works with milligrams, the muffle furnace with grams. Thanks to the milligram weight, it was possible to monitor the combustion process and the sample conversion depending on temperature and time in detail. Nanoscan SMPS enabled real time data transfer of released nanoparticles during the combustion process. Samples intended for combustion experiments were obtained through collaboration on the 7. RP NANoREG international project, and were used to verify the functionality of experimental facilities. Experiment was able to prove the functionality of the proposed experimental devices in which it was possible to monitor thermal degradation of real electro-waste containing carbon nanotubes and measure the resulting emissions from combustion, for the purpose of transition to air or solid waste after incineration. At the same time, the experimental part has prepared specific tools at the laboratory level for risk prevention in the field of waste incineration with nanomaterials.

Keywords

nanomateriál, uhlíkové nanotrubičky, nanoodpad, elektroodpad, životní cyklus, spalování, kontaminace životního prostředí

Keywords

nanomaterial, carbon nanotubes, nanowaste, electrical waste, life cycle, combustion, environmental contamination

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 6. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 16. 12. 2019
• Supervisor: Pavel Danihelka
• Reader: Ivana Tureková, Eva Pertile, Vladimír Adamec

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Inženýrská ekologie / Ochrana životního prostředí v průmyslu