Üdvözöljük az MKA.hu blogján
Takarító nanorészecskék
A Föld egyik leggyakoribb féméből, a vasból előállított ultra finom, nanoméretű részecskéket tartalmazó por figyelemreméltóan hatékony eszköz lehet szennyezett talaj és talajvíz megtisztítására: az Egyesült Államokban a becslések szerint ennek megoldása mintegy 1000 milliárd dolláros programot igényelne, beleértve a több mint 1000 eddig kezeletlen Superfund telepet, mintegy 150 ezer föld alatti tárolótartály szennyező kiszivárgását, és meghökkentően nagy számú föld alatti tárolóhelyet, elhagyott bányát és ipari területet.
A vas nanorészecskékkel való tisztítás gondolatát a Lehigh Egyetem környezetvédelmi mérnöke, Wei-xian Zhang vetette fel, aki immár nyolc éve úttörő munkát végez e területen.
A vas tisztító hatása egyszerűen abból az egyszerű tényből ered, hogy a vas rozsdásodik, azaz oxidálódik, magyarázta Zhang. Megszokott esetben ennek egyetlen eredménye persze az a vörösesbarna vas-oxid bevonat, amelyet megfigyelhetünk a rozsdásodó felületen. Ám amikor a vas bizonyos szennyezőanyagok például triklóretán, széntetraklorid, dioxinok vagy PCB-k jelenlétében oxidálódik, akkor ezek a szerves molekulák is bekapcsolódnak a reakcióba, és egyszerűbb, mi több sokkal kevésbé mérgező vagy káros szénvegyületekre bomlanak le.
Hasonlóképpen hatékony a vas az olyan veszélyes nehézfémekkel szemben is, mint például az ólom, a nikkel, a higany, vagy akár az urán, mondta Zhang: az oxidálódó vas ezeket a fémeket olyan oldhatatlan formákba redukálja azokat, amelyek aztán még a talajban maradva sem okozhatnak további további bajt, mivel nem tudnak a növényekbe felszívódva bekerülni a táplálékláncba. Magának a vasnak pedig szintén nincs semminemű ismert mérgező vagy káros hatása, hiszen ez az egyik leggyakoribb elem a kőzetekben, a talajban és a természetes vizekben, sőt, az élőlényekben is jelentős szerepet játszanak. Zhang szerint mindez indokolja, hogy számos cég már eddig is alkalmazta a vaspor viszonylag durvább szemcséjű változatát számos ipari hulladéknak az előzetes megtisztítására környezetbe való kibocsátás előtt.
Sajnálatos módon azonban, tette hozzá Zhang, az e célra alkalmazott ipari reaktorok nem alkalmazhatók azokkal a szennyeződésekkel szemben, amelyek már mély lesüllyedtek a talajba, illetve a bekerültek a talajvízbe. S ez az a pont, ahol a vas nanorészecskék közbeléphetnek. Nem csupán arról van szó, hogy a nanopor részecskéi a hagyományosan alkalmazott durvább szemcséjű vasporral szemben tízszerezerszer hatékonyabban lépnek reakcióba ami lényegében annak köszönhető, hogy a a kisebb méret miatt relatíve megnő a teljes felület --, hanem arról is, hogy oldatban szuszpendálhatók, s így közvetlenül beinjektálhatók a talaj szennyezett rétegeibe. Onnan pedig a nanorészecskék bekerülnek a föld alatti vízforgalomba, és abban tovaterjedve végzik el méregtelenítő-tisztító munkájukat ez jócskán olcsóbb megoldás, mint a talaj szennyezett rétegeit kiemelni és a felszínen átkeverve megtisztítani, miként azt a ma alkalmazott legtöbb talajtisztító eljárásban teszik.
Bizonyos értelemben, mondta Zhang, a nanoméretű vasrészecskékkel történő tisztítás azokhoz a biológiai eljárásokhoz hasonlítható, amelyekben bizonyos mérgezőanyagok emésztésére specializált baktériumokat juttatnak a talajba. A baktériumokkal ellentétben azonban, amelyek meglehetősen érzékenyek a talaj savasságára, hőmérsékletére és tápanyagtartalmára, a vas nanorészecskék mindezekre a környezeti tényezőkre meglehetősen közömbösek. Ráadásul, mivel a nanorészecskék átmérője 1 és 100 nanométer közötti (tehát tízszerezerszer kisebb, mint a legtöbb baktériumé), a parányi vaskristálykák befogódás nélkül siklanak át a talajszemcsék között.
Laboratóriumi és terepen végzett kísérletek egyaránt azt igazolják, hogy a nanoméretű vasrészecskékkel végzett kezelés már 12 nap után is jelentős mértékben csökkentheti a szennyezettségét s az néhány héten belül oly mértékben csökkenhet, hogy a korábban szennyezettnek számító területeken a talajvíz már a hivatalosan előírt vízminőségi követelményeknek is eleget tesz. A tesztek azt is bebizonyították, hogy a talajba bejuttatott, nanoméretű vasrészecskék mintegy 68 héten keresztül is aktívak maradnak, mondta Zhang, míg végül maradványaik bekerülnek a talajvízbe. Ahol természetesen már megkülönböztethetetlenek a természetes formában jóval nagyobb mennyiségben ott lévő vasrészecskéktől.
Az sem elhanyagolható körülmény, tette hozzá Zhang, hogy a nanoméretű vasrészecskék előállítása ma már messze nem olyan költséges, mint volt még 1995-ben, amikor ő és kollégái először dolgoztak ki kémiai eljárást az előállításukra, és ajánlottak az eljárást az illetékesek figyelmébe. Akkoriban egy kilogrammnyi nanopor előállítása kilogrammonként mintegy 500 dollárba került, míg ennek költsége ma legfeljebb 4050 dollár. (100 négyzetméternyi terület megtisztításához -- egyetlen injektálással -- mintegy 11,3 kilogrammnyi vasporra van szükség.)
Zhang az egyetemmel közösen most egy a nanopor tömeggyártására alkalma cég alapításán dolgozik. S ezzel párhuzamosan máris számos olyan állami és magáncéggel is tárgyalnak, amelyek érdekeltek lehetnek a talaj megtisztításában.
Közel egy évtizedes kutatás után -- mondta Zhang megkezdődhet egy exponenciálisan növekvő szakasz. Az Államok területén sok ezer szennyezett terület van, amely megtisztításra vár. És feltehetőleg ez a legolcsóbb és egyszerűbb módszer ennek a hatalmas feladatnak az elvégzésére."