Materiály na bázi železa pro čištění vod od anorganických a organických polutantů

Mgr. Petr ZAJÍČEK

Doctoral thesis

Study of mechanisms and kinetics of degradation selected herbicides, drugs and pharmaceutical preparations in water by materials based on iron

Abstract:

Nové technologie v oblasti čištění vod představují aktuální výzvu z pohledu rostoucí světové populace. Rozličné polutanty jsou perzistentní, akumulují se v životním prostředí a mnoho z nich není plně odbouratelných použitím konvenčních metod. Materiály na bázi železa představují slibnou alternativu díky unikátním vlastnostem odvíjejícím se od jejich vlastní chemické struktury. Sloučeniny železa ve vysokých valenčních stavech patří mezi silné oxidanty. Oproti tomu nulamocné nanoželezo vykazuje unikátní redukční vlastnosti. Magnetické nanočástice oxidů železa jsou řazeny mezi efektivní sorbenty s možností navazovat různé funkční skupiny s požadovanými vlastnostmi. Tato disertační práce je zaměřena na sloučeniny železa ve vysokých valenčních stavech a nanočástice oxidů železa pro aplikace v procesech čištění vod. První část práce je věnována reaktivitě železanu draselného s herbicidy atrazinem a iodosulfuronem. Byly stanoveny rychlostní konstanty a prokázána zvýšená reaktivita železanu draselného vůči zkoumaným herbicidům oproti manganistanu draselnému. Mimoto byly nalezeny struktury reakčních meziproduktů poukazující na mechanismy odbourání. Následně byly studovány kompozity poloprovozního železičnanu draselného a železanu draselného s vybranými matricemi a nejefektivnější byly ochráněny udělením užitného vzoru. Druhá část disertační práce je zaměřena na odstranění šestimocného chromu pomocí nanočástic maghemitu funkcionalizovaných glutathionem. Během experimentů byla pozorována vysoká účinnost sorpce, redukce chromanu a bylo ověřeno použití nanomateriálu v několika cyklech.

Abstract:

Designing new water treatment technologies represent a continuing challenge with respect to population growth. Various types of pollutants are persistent and accumulate in the environment, most of which being resistant to conventional remediation methods. Iron-based materials provide a promising alternative due to their unique properties related to the inherent chemical structure. High-valent iron compounds commonly referred to as ferrates are strong oxidants. Conversely, nanoscale zero-valent iron exhibits unique reduction properties. Magnetic iron oxides nanoparticles are effective sorbents enabling to combine various functionalities with the required properties. This dissertation deals with high-valent iron compounds and iron oxides nanoparticles for water treatment. The first study is aimed at the reactivity of potassium ferrate(VI) with herbicides atrazine and iodosulfuron. The rate constants were evaluated, and the enhanced reactivity of potassium ferrate(VI) compared to permanganate was confirmed. Moreover, the structures of the reaction intermediates implying degradation mechanisms were determined. Consequently, composites containing semi-pilot potassium ferrate(V) and potassium ferrate(VI) powder with various matrices were studied and the most effective ones were protected by a utility model. The second part of the dissertation focuses on hexavalent chromium removal by maghemite nanoparticles functionalized by glutathione. High efficiency of the sorption, reduction of the chromium, and recyclability of the used nanomaterial were observed.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D., prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry