Využití nano-bio kompozitních materiálů pro remediaci půdního prostředí

Bc. Petra Holá

Master's thesis

The use of nano-bio composite materials for soil remediation

Abstract:

Syntéza biocharu s nulmocným nanoželezem vytváří unikátní kombinaci výhod obou materiálů. Biochar poskytuje nanoželezu větší stabilitu díky distribuci nanočástic ve své struktuře, což zároveň zabraňuje agregaci nanočástic a tím zvyšuje jejich reaktivitu v prostředí. Smyslem této práce bylo posouzení účinnosti aplikace těchto nano-bio kompozitních materiálů pro remediaci kontaminovaných půd. Pro chemickou stabilizaci v laboratorních experimentech byly využity tyto sorbenty: nanoželezo (nZVI), biochar (BC) a jeho kompozity nZVI-BC a Fe/FeS-BC. Pro testování účinnosti stabilizace rizikových prvků byla zvolena půda silně zasažená dřívější těžbou antimonu, obsahující především zvýšené koncentrace As a Sb, dále Zn a Pb. Byla provedena série extrakcí za účelem posouzení změn vyluhovatelnosti. Tato práce sledovala kromě jednotlivých rizikových prvků celou řadu dalších parametrů jako např.: pH, Eh, koncentrace vybraných hlavních prvků nebo množství rozpuštěného organického a anorganického uhlíku. Experiment prokázal, že nejúčinnějšími činidly v závislosti na vlastnostech půdního vzorku (např. jeho pH) a kontaminantu byly sorbenty nZVI a nZVI-BC. Například v půdním vzorku pocházejícím ze svrchní vrstvy nejvíce snižoval mobilitu Sb kompozit nZVI-BC. Naměřená koncentrace Sb v ošetřeném vzorku byla 4,87 mg/kg, zatímco v půdním vzorku bez sorbentu byla koncentrace Sb 17,85 mg/kg. Naopak jako nejméně účinným sorbentem, který v mnoha případech i několikanásobně zvyšoval mobilitu rizikových prvků byl kompozitní materiál Fe/FeS-BC. Příkladem je zvýšení vyluhovatelné koncentrace As z 2,4 mg/kg na 6,23 mg/kg a u Zn z 0,5 mg/kg na 1,86 mg/kg ze svrchní vrstvy půdy. Celková účinnost chemické stabilizace však velmi závisí na vlastnostech půdního vzorku, prvku, hodnotě pH nebo množství rozpuštěného organického uhlíku.

Abstract:

The synthesis of biochar with nano zero-valent iron creates a unique combination of the advantages of both materials. Biochar provides nanoiron with greater stability due to the distribution of nanoparticles in its structure, which also prevents the aggregation of nanoparticles and thus increases their reactivity in the environment. The purpose of this work was to assess the effectiveness of the application of these nano-bio composite materials for the remediation of contaminated soils. The following sorbents were used for chemical stabilization in laboratory experiments: nanoiron (nZVI), biochar (BC) and its composites nZVI-BC and Fe/FeS-BC. To test the risk elements stabilization, the soil strongly affected by previous antimony mining was chosen, containing mainly elevated concentrations of As and Sb, as well as Zn and Pb. A set of extractions was performed to assess the changes in leachability. In addition to individual risk elements, this work monitored a number of other parameters such as: pH, Eh, concentrations of selected major elements or the amount of dissolved organic and inorganic carbon. The experiment showed that the most effective amendments, depending on the soil sample characteristics (e.g., pH) and the contaminant properties, were the sorbents nZVI and nZVI-BC. For example, in a soil sample derived from the top layer, the Sb mobility was decreased by nZVI-BC the most. The measured concentration of Sb was 4.87 mg/kg in the amended sample, while in the soil sample without sorbent, the Sb concentration was 17.85 mg/kg. On the contrary, the Fe/FeS-BC composite material was the least effective sorbent, which in many cases increased the mobility of risk elements several times over. An example is the increase of the leachable As concentration from 2.4 mg/kg to 6.23 mg/kg and for Zn from 0.5 mg/kg to 1.86 mg/kg from the topsoil. However, the overall effectiveness of the chemical stabilization strongly depends on the properties of the soil sample, the element, the pH or the amount of dissolved organic carbon.

Keywords

nanoželezo, biochar, chemická stabilizace

Keywords

biochar, chemical stabilization, nano-zeronvalent iron

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2021

Thesis defence

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

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Landscape Engineering / Regional Environmental Administration