Projekti / Programi
Speciacija in interakcije kemijskih onesnažil v vodnih raztopinah za razvoj cenovno učinkovitih tehnologij odstranjevanja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.05 |
Naravoslovje |
Kemija |
Analizna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.07 |
Tehniške in tehnološke vede |
Okoljsko inženirstvo |
živo srebro, selen, speciacija, termodinamika, kemijska ravnotežja, kemijska kinetika, modeliranje, vodne raztopine, mokra razžvepljevalna naprava
Raziskovalci (24)
Organizacije (2)
Povzetek
Emisije elementov v sledovih zaradi termične izrabe fosilnih goriv prispevajo k povečanju naravne prisotnosti številnih elementov na lokalnem in globalnem merilu. Med temi elementi je živo srebro pritegnilo največjo pozornost, saj je bilo potrjeno, da je človekova dejavnost podvojila njegovo koncentracijo v zraku na globalnem nivoju. Živo srebro in njegove spojine so izredno nevarne, obstajajo pa lahko v številnih fizikalnih in kemijskih oblikah s širokim obsegom lastnosti. Pretvarjanje med temi različnimi oblikami je osnova za kompleksno sliko porazdelitve živega srebra v lokalnih in globalnih krogotokih in za njegovo biološko asimilacijo in učinke. Reaktivnost živega srebra in njegovih spojin vpliva tudi na učinkovitost čistih tehnologij, posebej v primeru mokrih sistemov čiščenja, kot je to primer v napravah za razžveplanje dimnih plinov v termoelektrarnah kurjenih s premogi. Živo srebro obstaja v naslednjih oksidacijskih stopnjah nič (Hg0ali Hg(0)), 1+ (Hg22+ ali Hg(I) in 2+ (Hg2+.ali Hg(II)). V naravnih sistemih lahko ob priosotnosti primernih bakterij pride do nastanka zelo toksičnih spojin monometil živega srebra, (CH3Hg+ ali MeHg), in dimetil živega srebra ((CH3)2Hg ali DMeHg)). Poznamo splošni biogeokemijski ciklus, v katerem se lahko spojine MeHg in Hg(II), DMeHg in Hg(0) medsebojno izmenjujejo v atmosferskih, vodnih in talnih okoljih. V zadnjih letih so postale dosegljive nove analizne tehnike, ki so bile uporabljene v okoljskih študijah in industrijskih postopkih in kot posledica tega se je izboljšalo razumevanje kemije živega srebra tako v naravnih sistemih kot v industriji. Razvila so se tudi modelna orodja, ki omogočajo simulacijo presnov in transporta živega srebra v okolju in uporabljajo se za razvoj scenarijev za zmanjšanje emisij in tudi za upravljanje kontaminiranih okolij. Modelna orodja pa so še vedno dokaj negotova in zategadelj je njihova uporabnost v stroškovno učinkovitem upravljanju okolij še vedno omejen. Kljub temu, da so moduli transporta (to je hidrodinamika in transport sedimentov) dobro razviti, slabo poznavanje kemije živega srebra v kompleksnih sistemih zavira ustrezno uporabnost teh modelnih orodij. Iz teh razlogov je glavni cilj tega projekta izboljšati razumevanje kompleksnega kemizma živega srebra v kompleksnih vodnih medijih. To bo vključevalo raziskave glavnih smeri odvijanja kemijskih reakcij živega srebra, njihovih mehanizmov in kinetike, vključujoč naslednje reakcije: raztapljanje Hg0, katalitsko oksidacijo Hg0 do Hg22+ in Hg2+ z zrakom, kompleksiranje, asociacijo kompleksov s prisotno trdno fazo in reakcije redukcije živosrebrovih zvrsti. Kompleksni vodni mediji bodo, inter alia, zaobjeli skupine snovi, kot so spojine kisika in žvepla, halogenide in karbonate in izbrane druge elemente v sledovih, za katere je znano, da součinkujejo z živim srebrom (selen, žveplo). Analizna kemija bo posegla po klasičnih metodah in po novejših instrumentalnih metodah (masna spektrometrija, ramanska spektrometrija, EXAFS, PIXE itd.). Mehanizme kemijskih presnov in porazdelitev med trdno in tekočo fazo bomo raziskovali z uporabo stabilnih in radioaktivnih sledil živega srebra, selena in klora. Izvedli bomo izboljšave kemijskih modelov in jih validirali. Modele bomo testirali na majhni kontinuirani pilotni napravi za razžveplanje dimnih plinov. Kot rezultat teh osnovnih raziskav bodo razviti izboljšani in validirani kemijski moduli, ki bodo primerni za integrirano modeliranje z industrijsko uporabnostjo.
Pomen za razvoj znanosti
Bistvena izboljšava je seveda boljše razumevanje kemijskih procesov in razvoj izboljšanih modelov v kompleksnih vodnih okoljih, kar bo imelo direkten vpliv na izboljšano in bolj natančno delovanje modelnih simulacij. Z uporabo teh znanj in orodij smo prispevali k razvoju tehničnih znanosti z razvojem inženirskih posegov v proizvodne procese v visokotemperaturnih industrijskih postopkih proizvodnji električne energije iz premoga, proizvodnje cementa in pri termični izrabi odpadkov. Izboljšali smo metode frakcionacija in speciacija kemijskih elementov v kompleksnih sistemi, s poudarkom na temepraturni frakcionaciji Hg v sadri ter opozorili na vrsto neskladnosti. To je pomemebno predvsem zato, ker je identifikacija posameznih kemijskih zvrsti posameznih elementov v nizkih koncentracijskih nivojih pogosto podvržena analitskim artefaktom. Leti lahko nastanejo zaradi nepravilnega vzorčenja in predvsem nepravilnega ravnanja pred samo analizo. Prav tako gre v večini primerov za identifikacijo nestabilnih spojin, ki pa so za razvoj modelov in njihovo validiranje ključnega pomena. Uporaba analiznih metod kot so organska masna spektrometrija, ramanska spektrometrija in elektrokemične metode za identifikacijo kemijskih procesov (pretvorbe kemijskih elementov) Hg je inovativen pristop, ki ga v dosedanjih raziskavah še nismo intenzivno uporabljali. Projekt je sestavljen iz teoretičnega in praktičnega dela. V teoretičnem delu gre za razvoj računalniško podprtih modelnih orodij, ki jihje možno uporabiti v praktičnih aplikacijah. Praktični del projekta pa sestavlja cela vrsta modernih in naprednih analiznih instrumentalnih metod za preučevanje kemijskih reakcij z velikopotencialno uporabno vrednostjo. V tem povezovanju leži bistven del inovativnosti projekta. Predlagana metodologija predstavlja napreden pristop, saj je združila usposobljeni skupini v Sloveniji in ju povezula z mednarodnimi partnerji, ki so vodilni na področju delovanja predlaganega projekta. Z uporabo meroslovnih konceptov v kemiji je projekt doprinesel k bolj sledljivim meritvam Hg in njegovih spojin v vodnih raztopinah in zraku, predvsem pa tudi k manjši negotovosti. To pa je bistvenega pomena za primerljivost v domačem in mednarodnem meroslovnem prostor
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt je bil zasnovan kot temeljna raziskava, saj je potrebno v začetnih fazah preučiti vse mehanizme, ki vplivajo na obnašanje kemijskih onesnažil v FGD napravah (s poudarkom na Hg). Šele ob popolnem razumevanju teh procesov je možno rezultate raziskav uporabiti v aplikativnih projektih. Brez znanstveno podlag bi bila negotovost pri prenosu znanja prevelika, kar so pokazale tudi študije zunaj Slovenije. Rezultate raziskav bomo povezali z industrijskimi partnerji s katerimi projektna skupina delujejo že vrsto let, predvsem Termoelektrarno Šoštanj, pri gradnji 6. bloka in bo znanja lahko uporabila pri optimiranju čistilnih naprav. Razvoj lastnih tehnoloških znanj dviguje konkurenčno sposobnost lastnikov znanj in omogoča konkuriranje na svetovnih trgih. Bodoče sofinancerje teh raziskav je tako mogoče iskati med podjetji, ki želijo prodreti na trg Kitajske in vzhodne Evrope, vključno z Jugovzhodnimi regijami, Rusije in, ne nazadnje, tudi na lasten slovenski trg s konkurenčnimi in kvalitetnimi ponudbami. Možnost uporabe rezultatov raziskav je zelo velika in sicer na več načinov in v različnih sektorjih: · Razvitaso znanja, ki jih je mogoče uporabiti pri trženju industrijskih objektov v termoenergetiki, cementni industriji in tehnologijah za zaščito okolja. Tržišča za taka znanja so danes predvsem na Kitajskem in v vzhodni Evropi, zelo hitro se bo odprl tudi ruski trg. · Potencialni uporabniki teh znanj so tudi nekatere domače industrijske organizacije, predvsem termoelektrarne in cementarne. · Znanje je uporabno tudi pri odločitvah o izgradnji postrojenj za termično izrabo odpadkov, kjer je del postopka visokotemperaturni proces sežiga. · Modelna orodjavso v pomoč pri odločanju o izboru najprimernejših tehnologij čiščenja v termoenergetiki in ostalih visokotemperaturnim industrijskih procesov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
