Projekti / Programi
TiO2 nanocevke kot katalizator za odstranjevanje strupenih in biološko nerazgradljivih vodnih onesnažil s procesom mokre oksidacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.04 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Kataliza in reakcijsko inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
čiščenje odpadnih vod, odstranjevanje prioritetnih onesnažil, napredni oksidacijski procesi, heterogeni katalizatorji, heterogena fotokatalitska oksidacija, katalitska mokra oksidacija, ekotoksikologija
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
28564 |
dr. Boštjan Erjavec |
Kemija |
Vodja |
2013 - 2015 |
136 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.997 |
Povzetek
Strupene in biološko nerazgradljive spojine, kot so npr. estrogeno aktivne substance, so prisotne v odpadnih vodah številnih industrijskih procesov, vodotokih in pitni vodi. Pričakovati je, da bodo evropske inštitucije izdale regulative s strožjimi okoljskimi standardi, zato je potrebno razviti sodobne postopke čiščenja odpadnih vod, s katerimi bo moč iz le-teh učinkovito odstranjevati najbolj nevarna onesnažila. Odstranjevanje prioritetnih onesnažil iz vod je pogosto zahtevno zaradi njihove obstojnosti in slabe topnosti v vodi, zaradi česar odstranjevanje z biološkimi postopki ni učinkovito.
Namen predloženega raziskovalno razvojnega projekta je razvoj novih, naprednih katalizatorjev za odstranjevanje, tj. popolno oksidativno destrukcijo oziroma mineralizacijo modelnih substanc, tj. estrogeno aktivnih substanc (npr. bisfenol A in 17-β estradiol) iz odpadnih vod s procesom katalitske mokre oksidacije (CWAO), kot visoko učinkovitim predstavnikom naprednih čistilnih postopkov (AOPs). S CWAO tri-faznim procesom lahko dosežemo popolno razgradnjo v vodi raztopljenih organskih onesnažil pri temperaturah do 250 ºC in tlakih do 50 bar. Uporaba takšnega čistilnega postopka je zaradi visoke temperature smiselna z vidika zagotavljanja zadostne topnosti onesnažil med postopkom destruktivne razgradnje. Katalizatorji, ki se bodo uporabljali v CWAO procesu, so ekološko in ekonomsko sprejemljivi, saj je njihova osnova TiO2 in ne vsebujejo žlahtnih kovin ali kovinskih oksidov Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn in Mo, ki se pogosto izlužujejo in tako vplivajo na kakovost čiščenja vod.
Učinkovitost odstranjevanja spojin iz modelnih vodnih raztopin onesnažil in realnih odpadnih vod (izcedne vode), kakor tudi kemijska obstojnost katalizatorjev v AOP procesu, bo ovrednotena v pretočnem kapalnem reaktorju s strnjenim slojem katalizatorja (CWAO testi). Za primerjavo bo učinkovitost odstranjevanja vodnih onesnažil z novo pripravljenimi katalizatorji testirana tudi v AOP procesu heterogene fotokatalitske oksidacije, ki poteka ob prisotnosti UV, vidne ali sončne svetlobe.
Poglavitni cilji predloženega raziskovalno razvojnega so naslednji:
a) sinteza novih, naprednih katalizatorjev z veliko specifično površino, ki temeljijo na TiO2 (različne strukture, velikosti in oblike aktivnih delcev) in so namenjeni za katalitsko mokro oksidacijo estrogeno aktivnih substanc,
b) karakterizacija katalizatorjev pred in po uporabi v CWAO procesu, ki bo usmerjena na preučevanje teksturalnih, površinskih in strukturnih lastnosti materialov (HRTEM, XRD, BET, TPO, TPR, …),
c) analiza aktivnosti in določevanje kvantitativne strukturno-aktivnostne (QSAR) odvisnosti naprednih katalizatorjev v proučevanem procesu heterogene katalitske mokre oksidacije,
d) oceniti učinkovitost preučevanega CWAO procesa z določevanjem konverzije onesnažil in koncentracije intermediatov, eventuelno nastalih med oksidativno destrukcijo (HPLC, TOC, IC, GC-MS, UV-VIS, …), ter z določevanjem akutne strupenosti in estrogenske aktivnosti pred in po obdelavi voda. Testi strupenosti bodo narejeni na organizmih iz različnih taksonomskih skupin (luminiscenčnih bakterijah Vibrio fischeri, rakih vodne bolhe Daphnia magna, enoceličnih zelenih algah Desmodesmus subspicatus in zarodkih rib zebric Danio rerio), medtem ko bo estrogenska aktivnost določena na gensko spremenjenem sevu gliv kvasovk Saccharomyces cerevisiae (YES test),
e) primerjava učinkovitosti degradacije biološko nerazgradljivih spojin z naprednimi TiO2 katalizatorji v procesu heterogene fotokatalitske oksidacije.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati, ki smo jih pridobili tekom izvajanja razvojnega projekta, so predstavljeni kot znanstvene objave v vodilni mednarodni periodiki, namenjeni okolju in okoljskim tehnologijam, ter kot predstavitve na domačih in mednarodnih znanstvenih srečanjih in tudi kot zapisi v mednarodnih bazah podatkov. Na podlagi projekta smo predvsem obogatili znanje na področju sinteze, karakterizacije in uporabe naprednih nanostrukturiranih katalizatorjev in, kar je še pomembneje, na področju odstranjevanja v vodi prisotnih motilcev hormonskih sistemov in s tem povezane strupenosti in estrogenosti. Cilj projekta je bil uporaba novih katalizatorjev na osnovi TiO2 in tako znižati ceno CWAO procesa ter zagotoviti temeljito odstranjevanje nevarnih, biološko nerazgradljivih vodnih onesnažil, brez dodatnega obremenjevanja okolja. Pridobili smo pomembna podatke, znanja in izkušnje o vplivu fizikalno-kemijskih lastnosti katalizatorjev na učinkovitost odstranjevanja prioritetnih organskih onesnažil, kar bo pomembno pripomoglo k izboljšanju učinkovitosti ne le CWAO procesa, ampak tudi ostalih naprednih oksidacijskih procesov, ki temeljijo na katalitski oksidaciji organskih onesnažil.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt temelji na razvoju in uporabi inovativnih katalizatorjev v naprednih oksidacijskih procesih za učinkovito odstranjevanje motilcev endokrinega sistema iz vodnih vzorcev. Sklepamo, da so rezultati in izsledki projekta pomembni in uporabni za gospodarske družbe, saj je odstranjevanje teh komponent iz vod na mestu nastanka onesnaženja pomemben in akuten okoljski problem. Ukrepanje z inovativnim pristopom bo po našem prepričanju pomembno vplivalo na ohranitev naravne dediščine in biotske raznolikosti. Razvoj naprednih in učinkovitih procesov čiščenja voda je izredno pomemben tudi za trajnostni razvoj Slovenije, kot tudi za zagotavljanje zdravja ter visoke kvalitete bivanja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
