30
UNIVERZITET U BANJOJ LUCI TEHNOLOŠKI FAKULTET SEMINARSKI RAD ZAŠTITA OKOLINE OD ZAGAĐENJA U HEMIJSKOJ INDUSTRIJI TEMA: Primjena nanotehnologije u zaštiti okoline

UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

UNIVERZITET U BANJOJ LUCITEHNOLOŠKI FAKULTET

SEMINARSKI RAD

ZAŠTITA OKOLINE OD ZAGAĐENJA U HEMIJSKOJ INDUSTRIJI

TEMA: Primjena nanotehnologije u zaštiti okoline

STUDENT: Milićević Slobodan PREDMETNI NASTAVNIK:ODSJEK: hemijsko – tehnološki Prof. dr Ljiljana Vukić BROJ INDEKSA: 6354

Page 2: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

1. UVOD

Nanotehnologija predstavlja izuzetno široko polje koje obuhvata znatan broj materijala i tehnologija povezujući pritom više disciplina. Nanotehnologija pokriva objekte “nano” skale, odnosno veličine između 1 i 100 nm. Mnoge nanostrukture se nalaze prirodno u okolini (minerali izloženi dejstvu vremenskih prilika). Iako po veličini klasifikovani u “nano” skali, ovi materijali ne spadaju u kategoriju nanotehnologije. Preostali zahtjevi za kategorizaciju u nanotehnologiju uključuju koncept da materije moraju posjedovati jedinstvene fizičke, hemijske i/ili biološke osobine, drugačije od onih koje se nalaze kod istih materija u većim dimenzionim skalama. Materije takođe moraju biti proizvedene po principu kontrole na atomskom nivou konstrukcije i strukture.

Razvoj nanotehnologije predstavlja veliki broj potencijalno korisnih upotreba u zaštiti okoline, direktnih kao i indirektnih. Potencijalna područja uticaja nanotehnologije se mogu razvrstati u tri kategorije:

- tretman i prečišćavanje- indikacija i detekcija- prevencija zagađenja

Najraniji uticaj nanotehnološke revolucije se osjetio u kategoriji tretmana i prečišćavanja. Neke nanočestice uništavaju zagađivače, dok ih druge odvajaju. Osim primjene u prečišćavanju zemljišta, podzemnih voda i otpadnih voda u razvoju su i tehnologije za prečišćavanje vazduha. Npr. ugljenične nanocijevi dosta efikasnije adsorbuju dioksin nego tradicionalno aktivirani ugljenik.

U kategoriji indikacije i detekcije nanotehnologija omogućava osjetljivije i ekonomski efektivnije tehnologije za detekciju zagađenja u zemljištu, vodi i vazduhu. Veliki odnos površina/masa karakterističan za nanočestice, pojačava promjene u električnoj provodljivosti i mehaničkoj rezonanciji koje se dešavaju kada zagađivači dođu u dodir sa površinom čestice. Ovo svojstvo koriste sistemi sposobni za detekciju vrlo malih količina polutanata. Matrični senzori, sposobni da detektuju različite polutante odvojeno, koristeći nanotehnologiju manipulišu površinskom hemijom čestica što dozvoljava novi nivo kontrole selektivnosti. Primjer potencijalnih napredaka u ovom polju su jednozidne nanocijevi, čije jedinstvene hemijske i elektronske osobine omogućavaju da se koriste kao senzori promjena električnog otpora u prisustvu ciljanog polutanta, kao što je azot dioksid.

Sposobnost nanotehnologije da smanji produkciju zagađenja leži u revolucionarnoj promjeni sistema proizvodnje gdje bi tradicionalni sistem “ sa vrha - dole” koji proizvodi otpad i troši velike količine energije bio zamjenjen sistemom “sa dna – gore”, gdje bi se proizvodi sastavljali od molekularnih gradivnih elemenata slično biološkoj sintezi proteina.

2

Page 3: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

2. KOMERCIJALNA UPOTREBA NANOTEHNOLOGIJE ZA PREČIŠĆAVANJE PODRUČJA: NANO-GVOŽĐE I NJEGOVI DERIVATI

2.1 POZADINA

Tokom godina, polje prečišćavanja je raslo i razvijalo se, stalno razvijajući i prihvatajući nove tehnologije u pokušaju poboljšanja procesa prečišćavanja. Jedan od najzastupljenijih sistema je sistem ispumpavanja i tretmana, koji funkcioniše na bazi uklanjanja zagađene podzemne vode iz zemljišta, nizvodno od mjesta zagađenja, zatim tretmana vode prije vraćanja u zemljište. Sa ovom tehnologijom je potrebno dosta vremena da se postignu ciljevi prečišćavanja, u nekim slučajevima se pokazalo da širi zagađenje, i generalno iziskuje dosta troškova za izvođenje i održavanje.

Ranih 1990-tih redukcione sposobnosti metalnih supstanci, kao što je nula-valentno gvožđe, su počele da se ispituju u smislu njihove mogućnosti tretmana širokog opsega polutanata u hazardnom otpadu/vodi. Najčešća upotreba nula-valentnog gvožđa je bila u obliku propustljivih reaktivnih pregrada. Ovaj pasivni sistem tretmana je korišten za tretman polutanata kao što su hlorirani ugljovodonici, nitroaromati, polihlorbifenili, pesticidi i hromati. Zahvaljujući redukcionim sposobnostima nula-valentno gvožđe može izvršiti dehlorisanje hemikalija kao što su trihloreten i polihlorbifenili, kao i redukciju Cr(VI) do Cr(III) pritom ga taložeći iz rastvora u vidu Cr(III) hidroksida ili čvrstog rastvora hrom-gvožđe hidroksida. U poređenju sa sistemima ispumpavanja i tretmana instalacioni troškovi propustljivih reaktivnih pregrada su relativno visoki i efektivno vrijeme do zamjene je često neodređeno. Instalacione mogućnosti dozvoljavaju uronjavanje pregrada do dubine oko 15 m, što ograničava tehnologiju na plitke tokove efluenata. Problemi nastaju i zbog pada reaktivnosti gvožđa izazvanog taloženjem metalnih hidroksida i karbonata na površinu gvožđa. Slaba reaktivnost nula-valentnog gvožđa prema manje hloriranim jedinjenjima dozvoljava formiranje i stabilnost opasnih sporednih produkata. Jedinjenja kao što su cis-1,2-dihloretan i vinilhlorid često se mogu uočiti kao produkti redukcije tetrahloretena i trihloretana.

Kao što su propustljive reaktivne pregrade dizajnirane kao bolja alternativa sitemima ispumpavanja i tretmana, tako su danas prisutne i nove tehnologije kao njihova alternativa. Nanočestice gvožđa i njihovi derivati nude potencijalno efektivnije i ekonomičnije alternative mnogim tehnologijama prečišćavanja. Male veličine čestica nano gvožđa omogućavaju visok nivo prilagodljivosti prečišćavanja. Ovo dozvoljava dosta veću raznolikost u primjeni u poređenju sa tradicionalnim nula-valentnim gvožđem primjenjenim u propustljivim reaktivnim pregradama. Povećan odnos površina/masa kod nanočestica povećava i reaktivnost gvožđa.

3

Page 4: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

2.2 PREGLED TEHNOLOGIJE Bazične forme tehnologije nanogvožđa su nula-valentno gvožđe nanoskale

(nNVG) i reaktivni produkti gvožđa nanoskale (nRPG). Čestice nNVG tipično oko 100-200 nm u prečniku, sastoje se isključivo od nula-valentnog gvožđa, . Najčešći način sinteze nNVG koristi natrijum borhidrid kao reducens. Mješajući

sa , je reduciran prema donjoj reakcionoj šemi:

U laboratorijskoj proizvodnji nNVG postignuta je raspodjela veličine čestica od 90% veličine ispod 100 nm. Koristeći BET tehniku gasne adsorpcije utvrđena je specifična površina 33,5 /g. Nakon reakcije, redukovane čestice gvožđa, mogu se direktno koristiti za destrukciju zagađivača. Stehiometrija redukcije trihloretena do etana, tipične reakcije dekontaminacije je sledeća:

nRPG čestice se razlikuju od nNVG u tome što se nRPG sastoje od približno 50/50 % masenog odnosa mješavine gvožđa i magnetita . Jezgro čestica

se sastoji od elementarnog gvožđa , dok okružuje Fe formirajući spoljašnji omot. Prosječna veličina čestica nRPG je oko 70 nm, a specifična površina 28,8 /g. Metod sinteze nRPG čestica koristi ferosulfat kao polaznu materiju, što uzrokuje manji sadržaj sumpora (~5,000 mg/kg) prisutan u česticama.

Druge metode proizvodnje nanočestica gvožđa su takođe razvijene. Jedna od njih je i mljevenje kuglama. U ovom procesu gvozdeni prah mikro veličine se redukuje do nano skale putem trenja i abrazije u mlinu sa kuglama. Proces kondenzacije vakuum/gas se takođe koristi za proizvodnju nanočestica gvožđa i drugih metala.

Proizvodnja bimetalnih nezdruženih čestica gvožđa predstavlja unapređenje tehnologije nNVG. Kao metal koji pojačava reduktivne sposobnosti gvožđa, koristi se paladijum. Čestice se sintetišu tako što se nanočestice tretiraju

etanolnim rastvorom što vodi do depozicije paladijuma na površini

gvožđa po reakciji:

Bimetalične čestice su se pokazale najefikasnijim za destrukciju hloriranih organskih zagađivača. Osim paladijuma ispitivana je i moguća primjena plutonijuma, zlata i nikla kao metalnih katalizatora.

4

Page 5: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

Poboljšanje nNVG tehnologije je i u primjeni emulgovanog NVG. Kapljice emulzije se mogu napraviti koristeći površinski aktivnu materiju, biorazgradljivo biljno ulje, vodu i nNVG. Površinski aktivna materija stabilizuje uljnu membranu koja okružuje čestice nNVG u vodi.

Slika1- emulgovane nanočestice nula-valentnog gvožđa

2.3 PRIMJENE U PREČIŠĆAVANJU

Najveća primjena nano gvožđa je u destrukciji hlor organskih jedinjenja, kao što je trihloretan. U porastu je i upotreba za uklanjanje metalnih jona npr Cr. U sledećoj tabeli dat je pregled polutanata koje je moguće ukloniti primjenom nanogvožđa.

ugljentetrahlorid hrizoidin cis-dihloretenhloroform tropeolin trans-dihloretendihlormetan kiselo oranž 1,1-dihloretenhlormetan kiselo crveno vinilhloridheksahlorbenzen živa polihlorbifenilipentahlorbenzen nikl dioksintetrahlorbenzen srebro pentahlorfenoltrihlorbenzen kadmijum nitrozodimetilamindihlorbenzen bromoform TNThlorbenzen dibromhlormetan dihromatiDDT dihlorbrommetan arsenlindan tetrahloretan perhloratioranž II trihloretan nitrati

5

Page 6: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

U sprezi sa raznovrsnom grupom ciljanih polutanata, praktična primjena nano gvožđa se može ostvariti na mnoge načine. Nano čestice se mogu mješati sa vodom da bi se formirala emulzija koja se može injektirati, koristeći pritisak ili gravitaciju, u zagađeni efluent/podzemnu vodu. Čestice nano gvožđa se mogu koristiti i u emulzionim reaktorima za tretman zemlje, taloga ili čvrstog otpada. U slučaju tretmana vode i/ili otpadne vode fiksiranje nanočestica na čvrstu matricu kao npr aktivirani ugljenik pokazuje se veoma efektnim.

Injektiranje nano gvožđa u podzemne vode je najčešći način primjene. U poređenju sa propustljivim reaktivnim pregradama injektirano nano gvožđe omogućava tretman na većim dubinama i u područjima nedostupnim pregradama (zemljište ispod zgrade). Hidrofilna površina čestica dozvoljava prečišćavanje samo vodenih faza, što isključuje gustu nevodenu tečnu fazu. Prečišćavanje na mjestu rastvaranja eliminiše daljinu migracije potrebnu za reaktivne pregrade i sisteme ispumpavanja i tretmana. Prisustvo nano-valentnog gvožđa u zoni izvora zagađenja povećava koncentracioni gradijent između vodene faze i guste nevodene faze što ima za posljedicu povećani prenos mase polutanata iz nevodene faze u vodenu. Tretman polutanata u nevodenoj fazi je moguć primjenom emulgovanog NVG, koji sa specifičnom težinom od 1,1 i sam predstavlja neku vrstu guste nevodene tečne faze. Sličnosti između eksterne uljne membrane emulgovanog NVG i guste nevodene faze omogućavaju izvjesnu mješljivost što dalje uzrokuje prolaz nevodene faze kroz uljnu membranu u unutrašnjost micele.

2.4 TOKSIČNOST I SIGURNOSNI OBZIRI

Povjerenje u sigurnost ove tehnologije leži najviše u činjenici da je gvožđe oksid formiran tokom prečišćavanja već prisutan u zemlji kao rđa, kao i u činjenici da čestice nano gvožđa ne pokazuju radikalno nove osobine.

3. BIMETALNE ČESTICE I DRUGI METALI

3.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Metali kao što su cink i kalaj posjeduju slične redukcione sposobnosti kao i gvožđe. Kao i gvožđe, i ovi metali se u procesu dekontaminacije konvertuju do oksida. Osim paladijuma i drugi metali su kombinovani sa gvožđem dajući slične rezultate. Bimetalne čestice gvožđe-nikl i gvožđe-bakar uspješno razgrađuju trihloretan i trihloreten. Gvožđe-platina čestice posjeduju slične sposobnosti u razgradnji hlorbenzena. U proizvodnji bimetalnih nanočestica, inertni bazični metali, kao što su zlato i aluminijum, se takođe koriste. Za razliku od gvožđa, čestice zlata i aluminijuma su nereaktivne ili inertne. Stoga mogu poslužiti samo kao osnovni metali korišteni u sprezi sa katalitičkom prevlakom. Uprkos

6

Page 7: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

nedostatku reaktivnosti, pokazalo se da osnovni metali povećavaju katalitičke brzine metala prevlake. Kao metalni katalizatori pogodni za prevlake, osim paladijuma, ispitivani su i platina, srebro, kobalt, bakar i nikl. Iako ovi metali imaju sposobnost da djeluju sami, združivanje sa drugim česticama može poboljšati degradaciju polutanata i reakcione brzine. Potrebno je razlikovati da metalni katalizatori, kada su u sprezi sa reaktivnim metalima kao što je gvožđe, poboljšavaju reaktivne sposobnosti gvožđa. U suprotnom, kada su združeni sa nereaktivnim metalima kao što je zlato, sami imaju ulogu katalizatora.

Nanočestice zlata prevučenog paladijumom, su najperspektivnija alternativa nNVG česticama, bilo samim ili prevučenim paladijumom. Za razliku od gvožđe- paladijum nanočestica, paladijum-zlato nanočestice djeluju kao katalizatori, a ne kao reaktanti. Čestice zlata koje imaju ulogu osnovnog metala ne stupaju u reakciju sa organskim jedinjenjima, niti djeluju kao katalizatori. Zlato, međutim, uvećava katalitičku sposobnost paladijuma. Poboljšavajuća sposobnost zlata, iako još ne jasno shvaćena, dokazana je činjenicom da Pd-Au čestice produkuju povećane konstante brzine preko 100 puta veće od onih sa samim Pd kao katalizatorom. Katalitička aktivnost Pd-Au čestica je u polju zaštite okoline najbolje ispitana u procesu hidro dehlorinacije trihloretana. Katalizator je sintetizovan pripremajući prvo nanočestice zlata. Koristeći metod citratne redukcije proizveden je vodeni fluid koji sadrži suspendovane nanočestice zlata (Au sol). Da bi se formirale bimetalne čestice dodana je paladijumova so zajedno sa redukcionim agensom u Au sol. Poređena je katalitička sposobnost nanočestica Pd, Au, Pd na Au, Pd-Al katalizatora i Pd-Au na Al katalizatora. U kategoriji Pd na Au čestica ispitivan je uticaj pokrivenosti paladijumom na aktivnost. Zaključak je da najveće katalitičke brzine produkuje pokrivenost paladijumom manja od monoslojne. Povećanje depozicije Pd rezultuje smanjenjem konstante brzine, vodeći do zaključka da kad prekrivenost paladijumom dostigne ili pređe monoslojnu, čestice se ponašaju kao obične Pd čestice.

3.2 PRIMJENA

Zbog katalitičke prirode Pd-Au čestica, one se ne troše u reakciji, i stoga se mogu koristiti više puta, za razliku od nNVG i Pd-nNVG koje su oksidovane od strane polutanata i posljedično pasivizirane. U poređenju cijene po jedinici mase nNVG čestice koštaju manje od Pd-Au nanočestica ali uzimajući u obzir činjenicu višestruke upotrebe Pd-Au, koristi se manji broj čestica za iste učinke prečišćavanja. Za „in situ“ tretmane, koji podrazumjevaju injekcije emulzije u podzemne vode, gdje se čestice rasipaju u zemlji, bolji izbor su tretmani sa nNVG ili bimetaličnim gvožđe česticama kod kojih nije potrebno ponovno raspolaganje sa česticama. Pd-Au upotreba je ekonomski neisplativa u ovom slučaju.

Trenutno je razvoj primjene u prečišćavanju usmjeren u pravcu dvije različite inovacije. Prva tehnologija uključuje pričvršćivanje nanočestica na membrane, pri čemu se zagađena podzemna voda ili otpadna voda propušta kroz membranu radi prečišćavanja. Druga tehnologija iziskuje vezivanje nanočestica

7

Page 8: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

za prah. Ova tehnika omogućava izvlačenje čestica iz rastvora filtracijom, proces koji je neizvodiv za pojedinačne nanočestice.

3.3 TOKSIČNOST

Nijedna od bimetaličnih čestica ne pokazuje radikalno različite osobine, i kreirane su od materijala koji su netoksični u velikim količinama.

4. FERITIN

4.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

U skorije vrijeme biološki sistemi, odnosno proteini, privlače mnogo pažnje u istraživanjima i razvoju zbog svoje sposobnosti da kontrolišu formiranje mineralnih struktura. Proteinski kompoziti u obliku kaveza često mogu funkcionisati kao kontrolisano okruženje za sastavljanje i/ili hermetizaciju materijala nano veličine. Sintetički razvoj ovog prirodnog procesa nudi moguće primjene u dostavi lijekova kao i u katalizi. Najbolji primjer ove pojave je feritin, protein koji skladišti gvožđe. Feritin se može naći po cijelom biljnom, životinjskom i mikrobnom svijetu, i ima jedinstvenu ulogu u zaplijeni i čuvanju gvožđa. Do formiranja feritina dolazi kad se 24 slično strukturisane polipeptidne podjedinice koje grade molekulu sklope u proteinsku strukturu sličnu kavezu. Prečnik nastalog apoferitina (bez gvožđa) je oko 12 nm, a unutrašnje šupljine oko 8 nm. Nakon sastavljanja, molekule gvožđa mogu difundovati u šupljinu kroz kanale u proteinskom oklopu, gdje mineralizacija konvertuje molekule u nanočestice ferihidrita, gvozdenog oksi-hidroksida. Reakciona zapremina kaveza, i veličina kanala od 0.5 nm prostorno zadržava nastale nanočestice gvožđe oksida. „In vivo“, proteinska šupljina može zadržati do 4,500 atoma gvožđa. „In vitro“, naučnici kontrolišu broj molekula gvožđa koji ulazi u oklop, stvarajući unošenje između 500 i 4,500 molekula, što prevedeno na veličinu čestica gvožđe oksida znači od 5 nm do 7.5 nm respektivno.

4.2 PRIMJENE U PREČIŠĆAVANJU

Feritin nudi potencijalne koristi u polju prečišćavanja u više oblasti, pri čemu je najobećavajuća fotoredukcija zagađivača. Istraživanje je fokusirano na sposobnost feritina da uklanja toksične metale i moguće hlorugljenike u prisustvu vidljive svjetlosti ili sunčevog zračenja. Gvožđe oksidi uopšteno privlače mnogo pažnje zbog svojih potencijalnih sposobnosti prečišćavanja. Iako sposoban da stimuliše značajne fotohemijske procese, Fe(III) iz oksida brzo podliježe fotoredukciji do Fe(II), što inaktiviše katalizator. Feritin prirodno konvertuje Fe(II) do Fe(III), što znači da zarobljavanje gvožđe oksida onemogućava fotoredukciju. Iako obezbjedjuje stabilnost, feritinski kavez ne inhibira fotoredukciju zagađivača okoline. Ovaj faktor daje feritinu značajnu prednost nad tradicionalnim slobodno stojećim česticama.

8

Page 9: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

Značajna je sposobnost feritina da redukuje Cr(VI) do Cr(III). Cr(VI), čest nusproizvod industrijskih procesa, je toksičan za ljude, i identifikovan je kao karcinogen. Cr(III) se pojavljuje prirodno, manje je toksičan za ljude, i nije rastvorljiv u vodi. Redukcija Cr(VI) do Cr(III) dakle smanjuje toksičnost kao i mobilnost, omogućavajući lakšu filtraciju i uklanjanje.

Još jedan toksičan metal, potencijalno uklonjiv feritinom, je tehnecijum-7, prisutan u nuklearnom otpadu. Ako se dokaže primjenjivost, ova tehnologija bi se mogla koristiti za tretman podzemnih voda zagađenih sporim curenjem skladišnih kanistera za nuklearni otpad.

Pored gvožđe hidroksida, istraživanja su pokazala da apoferitinski proteinski kavez podržava sintezu i drugih metalnih hidroksida, kao što su Mn(O)OH, Fe(O)OH i Co(O)OH. Iskorištavanje ovih mogućnosti bi moglo potencijalno proširiti ovu tehnologiju, povećavajući brzinu i učinkovitost prečišćavanja, i proširivajući listu tretiranih zagađivača.

Osim upotrebe feritina za uklanjanje zagađenja, ova tehnologija takođe nudi novi način sinteze nanočestica. Trenutno se za proizvodnju nanočestica koristi više različitih tehnika kao što su lasersko isparavanje, litografija elektronskog snopa i više koloidnih tehnika. Uprkos ovim tehnologijama, proizvodnja uniformnih monodisperznih nanočestica prelaznih metala još uvijek predstavlja značajan izazov. Naučnici su nedavno razvili prilično direktan metod sinteze za gvožđe i kobalt metalične i oksidne nanočestice. Pri korištenju ovog metoda, feritin sastavlja čestice u rastvoru. Feritin se zatim suši i dejstvom ozona se uklanja proteinski kavez, što ostavlja dobro dispergovane čestice nanooksida. Daljim izlaganjem čestica vodoniku i visokoj temperaturi oksid se konvertuje u metalične čestice. Ovaj metod omogućava relativno visok stepen kontrole za čestice veličine između 2 i 8 nm.

4.3 TOKSIČNOST

Ne postoje specifične studije toksičnosti koje se tiču upotrebe feritina kao sredstva za prečišćavanje. Prirodna prisutnost feritina u okolini upućuje na nedostatak njegove toksičnosti za životinje, biljke i mikroorganizme.

5. POLUPROVODNIČKI FOTOKATALIZATORI NANOSKALE

5.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Poluprovodnički fotokatalizatori djeluju na prilično isti način kao i tradicionalni katalizatori; međutim, oni dobijaju svoju energiju od apsorpcije svjetlosti. Veći broj materijala kao što su npr. titanijum dioksid ( ), cink oksid (ZnO), gvožđe oksid ( ) i volfram oksid ( ) se ponašaju kao

9

Page 10: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

fotokatalizatori. Zbog svoje sposobnosti apsorpcije svjetlosti, široko su primjenjeni u praksi. Titanijum dioksid i cink oksid se koriste kao pigmenti koji daju bjelinu materijama kao što su bojeni premazi i papir. Sposobnost fotokatalizatora da apsorbuju ultraljubičastu svjetlost čini ih korisnim u zaštiti od sunca kao i kozmetici obezbjeđujući neprovidnost krema i losiona. Ova svojstva se takođe mogu iskoristiti za antimikrobne slojeve koji su samoprečišćavajući i imaju dezinfekciona svojstva nakon izlaganja UV zračenju. U polju zaštite okoline značajna je sposobnost fotokatalizatora da oksiduju organske zagađivače do netoksičnih materija. Tradicionalno je korišten u procesima napredne fotohemijske oksidacije za prečišćavanje okoline zbog svoje niske toksičnosti, visoke fotoprovodljivosti, dobre fotostabilnosti, pristupačnosti i niske cijene.

Poluprovodnici oksiduju veći broj organskih molekula koristeći energiju svjetlosti. Izlaganje nivoima osvjetljenja sa energijom većom od energetskog procjepa fotokatalizatora rezultuje procesom prenosa naboja. U ovom procesu ekscitovani elektron prelazi iz valentnog pojasa u provodni pojas. Kao rezultat javlja se oksidacija susjednih organskih supstanci. , naprimjer, pokazuje fotoprovodljivost kad je osvjetljen svjetlom čiji energetski nivo prelazi 3.2 eV, energetski procjep . Ovaj energetski nivo ima svjetlost talasne dužine manje od 387.5 nm, što spada u kategoriju ultraljubičaste svjetlosti.

Nanotehnologija je omogućila ekspanziju polja poluprovodničke fotokatalize na razne načine. Može se postići veća raznolikost jedinjenja, sa povećanjem reaktivnosti i specifičnosti. Kao i kod drugih nanočestica, povećanje površine poboljšava reaktivnost. Sposobnost formiranja površinski modifikovanih čestica, filmova i nanocijevi takođe igra ulogu u povećanoj specifičnosti i selektivnosti nanočestica.

5.2 PRIMJENA U PREČIŠĆAVANJU

Konvencionalni poluprovodnički fotokatalizatori su korišteni i testirani za više različitih primjena u prečišćavanju. efektno prečišćava podzemnu vodu zagađenu sa 1,1 dihloretanom, 1,1,1 trihloretanom, ksilenom, toluenom, cis-1,2 dihloretenom i 1,1 dihloretenom. Takođe i trihloreten, metil-terc-butil eter, hloroform, etilbenzen i nitrobenzen mogu biti uništeni poluprovodničkom fotokatalizom. Savremene nanotehnologije i procesi su odskora omogućili proizvodnju različitih derivata konvencionalnih fotokatalizatora. Legiranje čestica i modifikovanje površine fotokatalizatora sa metalom je postalo sve popularnije poboljšanje. Iako datira iz pre-nano ere, legiranje čestica fotokatalizatora se trenutno primjenjuje na nanočestice. Metali kao što su platina, bakar, srebro i zlato su ispitivani zbog sposobnosti da poboljšaju brzine razlaganja sa . Udruživanje sa ovim metalima takođe može indukovati osjetljivost i posljedičnu reakciju na vidljivu svjetlost. Studija ispitivanja udruživanja sa bakrom za redukciju Cr(VI) je pokazala da kombinacija proizvodi sinergistički fotokatalitični efekt, tj ubrzava redukciju Cr(VI), kao i redukciju Cu(II) jona katalizovanu sa Cr(VI). Slične reduktivne sposobnosti pokazuje i udruživanje sa zlatom i srebrom.

10

Page 11: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

Razvoj nanocijevi na bazi predstavlja zasebno područje fotokatalitičke nanotehnologije. Razvijene su nanocijevi p-n spoja, koje se sastoje od platine u unutrašnjosti i spolja. Priroda p-n spoja dozvoljava ponašanje spoljašnjosti cijevi kao oksidativne površine, dok se unutrašnjost cijevi ponaša kao reduktivna površina. Ove cijevi pokazuju dosta veću brzinu destrukcije toluena nego drugačije strukturisani isti materijali. Predviđa se sposobnost ove tehnologije za upotrebu u senzorima, svjetlosno emitirajućim diodama, membranama za nanofiltraciju vazduha, i tretmanu vode.

U novije vrijeme je predložena upotreba ZnO kao fotokatalitičnog materijala dvojne funkcije. ZnO posjeduje sposobnosti i detekcije i prečišćavanja organskih zagađivača u vodi. Stvarajući ZnO filmove nanostrukture, ispitivana je sposobnost detekcije i tretmana 4-hlorkatehola. Zaključeno je da ZnO filmovi pokazuju visok stepen osjetljivosti reda veličine 1 ppm za aromatična jedinjenja, kao npr. hlorfenole. Pod UV zračenjem filmovi razgrađuju aromatična jedinjenja. Udruživanje ova dva svojstva takođe omogućava nadgledanje procesa degradacije, pošto sa pojavom dekontaminacije dolazi do direktne promjene intenziteta emisije.

5.3 TOKSIČNOST

Toksičnost poluprovodničkih katalizatora je ispitivana prilično temeljno, naročito za i ZnO, zbog njihove upotrebe za zaštitu od sunca, i druge proizvode koje ljudi direktno koriste. Važnije područje za sigurnosne obzire predstavlja udisanje na radnom mjestu. 2000. god. je rađena studija poređenja respiratornih efekata čestica veličina 20 nm i 250 nm. Studija je pokazala da manje čestice uzrokuju veće upalne procese od većih čestica pri istim masenim dozama. Druga studija je poredila dejstvo čestica na osnovu iste ukupne površine doze i pokazala da nema znatne razlike između čestica različite veličine.

6. SAMOSASTAVLJENI MONOSLOJEVI NA SREDNJE POROZNOJ KERAMICI (SMSPK)

6.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Kao što im ime sugeriše, samosastavljeni monoslojevi na srednje poroznoj silikatnoj podlozi (keramici) se najjednostavnije mogu opisati kao funkcionalizovana nanoporozna keramika, ili kao „ brak srednje porozne keramike i hemije samosastavljenih monoslojeva“. Ukupna keramička struktura nalikuje heksagonalnom obliku. Monoslojevi, formirani unutar površine pora, adsorbuju ili vežu molekule. Priroda SMSPK, odnosno sposobnost mjenjanja izloženih funkcionalnih grupa monosloja, omogućava ovoj klasi visoko

11

Page 12: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

sorbentnih materijala da potencijalno veže širok spektar molekula, i u slučaju prečišćavanja okoline, zagađivača.

Konstrukcija i keramike i monosloja uključuje više koraka, od kojih se mnogi oslanjaju na metod molekularnog samo-sastavljanja. U prvom koraku, polazne površinski aktivne molekule se spajaju da bi formirale uzorke micele strukture uređenih tečnih kristala. Ova agregacija predstavlja prvu fazu samo-sastavljanja. Zatim se oksidni materijali talože na površinu micele u prisustvu rastvarača i pod blagim hidrotermalnim uslovima. Formiranje prethodne srednje porozne osnove predstavlja drugu fazu samo-sastavljanja. Završni korak u stvaranju srednje porozne keramike podrazumjeva kalcinaciju organskog oksidnog materijala da bi se uklonile površinski aktivne materije. Nakon toga se funkcionalizovane molekule silana mješaju u suvišku sa srednje poroznom keramikom i samosastavljaju u uređenom monosloju na površini pora keramike. Bifunkcionalni silani korišteni u procesu se proizvode tako da na „glavi“ imaju hidrofilne grupe koje vežu ciljane materije, a na „repu“ hidrofobne grupe koje se kovalentno vežu na keramički supstrat. Nakon formiranja SMSPK se mogu mješati sa vodenim rastvorima gdje vežu ciljane materije, filtracijom se izdvajaju iz rastvora, stripingom kiselinom otpuštaju vezane materije i sposobne su za novu upotrebu.

6.2 PRIMJENA

Razvijen je veliki broj različitih klasa SMSPK. Prvi i najšire proučavan materijal je tiol-SMSPK. Dizajniran prvenstveno za izdvajanje žive, tiol-SMSPK može takođe vezivati i druge metalne katjone, kao što su srebro, kadmijum, olovo i talijum. Anjon-SMSPK ili metalom prekriveni etilendiamin-SMSPK su razvijeni da apsorbuju anjone, kao što su hromati i arsenati. Njihov derivat, helatni SMSPK, sadrži samo EDA funkcionalnu grupu, i može vezati metale kao što su bakar, nikl, kobalt i cink. Cu-EDA-SMSPK ( tip anjon-SMSPKa) je dalje funkcionalizovan s ciljem da veže cezijum uključivanjem ferocijanida -formirajući Cu-ferocijanid-SMSPK. Veći broj fosfonatnih i hidroksipiridonskih funkcionalizovanih SMSPK je razvijen i testiran za uklanjanje aktinida i lantanida.

6.3 TOKSIČNOST

Budući da keramička podloga koja sačinjava SMSPK nije na nano-skali, nego su funkcionalizovane pore nano veličine, upotreba SMSPK ne upućuje na ista sigurnosna pitanja kao i upotreba nano čestica.

7. DENDRIMERI

12

Page 13: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

7.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Dendrimeri predstavljaju novu klasu trodimenzionalnih, visoko razgranatih, loptastih makromolekula, koji spadaju u širu kategoriju dendritičnih polimera. Ova kategorija uključuje hiperrazgranate polimere, dendrigraftne polimere i dendrone. Dendrimeri se sastoje od tri kovalentno vezane komponente: jezgra, unutrašnjih jedinica grananja i graničnih jedinica grananja. Kod ovih monodisperznih polimera i arhitektura i sastav mogu biti visoko kontrolisani. Tehnike sinteze omogućavaju skoro potpunu uređenost parametara molekularnog dizajna kao što su veličina, oblik, površinska/unutrašnja hemija, fleksibilnost i topologija. Veličina dendrimera je u rasponu između 2 i 20 nm, uobičajeni oblici su konusni, sferni i strukture tipa diska. Mijenjanje površinske i unutrašnje hemije omogućava funkcionalizaciju, te se čestice mogu dizajnirati npr. da budu rastvorljive u određenom mediju ili da vežu određene molekule.

Slika 2- različiti dendritični polimeri: dendrimer, jezgro-ljuska tekto dendrimer, dendrigraftni polimer, hiperrazgranati polimer

7.2 PRIMJENA

Trenutno, poli (amidoamin), ili PAMAM, dendrimeri su razvijeni za upotrebu u prečišćavanju otpadnih voda i zemljišta zagađenih sa jonima mnogih prelaznih metala kao što je bakar, Cu(II). Uopšteno, PAMAM dendrimeri predstavljaju izuzetno široku klasu materijala, sa raznovrsnim primjenama.

Termin PAMAM se odnosi na unutrašnju jedinicu grananja. U slučaju PAMAM dendrimera to uključuje funkcionalne azotne i amidne grupe uzastopno vezane u radijalno razgranatim slojevima. Dok unutrašnja grana diktira klasifikaciju PAMAM, dendrimeri ove klase mogu imati široki obim jedinjenja u jezgru i graničnih funkcionalnih grupa.

Za specifični razvoj dendrimera za uklanjanje metala, istraživači su upotrijebili etilendiamin (EDA) jezgru. Visoka koncentracija azotnog liganda u unutrašnjim granama čini PAMAM dendrimere korisnim kao helatne agense za metalne jone. Sposobnost izbora većeg broja funkcionalnih grupa kao graničnih jedinica takođe doprinosi helatnim osobinama. Ispitivane površinske granične grupe su primarne amino, sukcinamične kisele, gicidol, hidroksil i acetamid.

13

Page 14: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

Šireći inicijalna istraživanja razvoja PAMAM dendrimera sa EDA jezgrom razvijena je dendrimerima poboljšana ultrafiltracija (DPUF) kao metod izdvajanja bakra iz vodenih rastvora. DPUF je varijacija polimerno poboljšane ultrafiltracije (PPUF) koja se koristi za uklanjanje metalnih jona iz otpadnih tokova. PPUF i DPUF funkcionišu po istom principu, gdje vezivanje metalnih jona za polimere ili dendrimere omogućava uklanjanje zagađivača membranskom filtracijom. U prvom koraku procesa, linearni polimeri ili dendrimeri se miješaju sa zagađenom otpadnom vodom, gdje se vežu za prisutne metalne jone. Rastvor se zatim propušta kroz ultrafiltracijsku membranu, koja sprečava prolaz polimer/dendrimer-metalni jon kompleksa. Nakon odvajanja metala iz kompleksa dendrimer ili polimer se mogu ponovo koristiti.

Sposobnost EDA jezgro-PAMAM dendrimera da uklanjaju bakar iz zemljišta je takođe ispitivana. Nađeno je da dendrimeri mogu postići 54%-tno uklanjanje. U poređenju sa drugim ekstrakcionim agensima kao što je EDTA, veća veličina molekula dendrimera je prednost u procesima separacije. Međutim, cijena dendrimera ograničava njihovu upotrebljivost za prečišćavanje zemljišta.

PAMAM dendrimeri mogu biti funkcionalizovani sa redoks aktivnim metalnim grupama FeS, a kao takvi bi mogli biti korišteni za reduktivnu dekontaminaciju organskih zagađivača kao što su hlorirana jedinjenja i polinitroaromati.

7.3 TOKSIČNOST

Budući da dendrimeri obuhvataju širok raspon materija uopštena ocjena njihove toksičnosti nije prikladna. Neki PAMAM dendrimeri se već koriste u farmaciji što indicira njihovu netoksičnost. Međutim, analiza se mora sprovesti na individualnoj bazi.

8. POLIMERNE NANOČESTICE

8.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Polimerne nanočestice obuhvataju izuzetno široku kategoriju molekula ili molekularnih agregata koji se mogu iskoristiti za veći broj primjena, od dostave lijekova do zaštite od sunca. Slično PAM micelama, polimerne nanočestice posjeduju amfifilne osobine koje potiču od osobina svakog polimera prisutnog u čestici. Individualni polimeri sadrže i hidrofilne i hidrofobne dijelove. U prisustvu vode, molekule se samosastavljaju i formiraju polimerne mjehuriće prečnika reda veličine nm, gdje su hidrofobni segmenti orijentirani prema unutrašnjosti, a hidrofilni segmenti formiraju spoljašnji sloj. Polimerne nanočestice se razlikuju od PAM micela u sintezi. Unakrsno povezivanje lanaca prekursora čestica nakon agregacije omogućava česticama da održe stabilnost nezavisno od koncentracije lanaca prekursora. PAM micele mogu zadržati svoju strukturu samo kada

14

Page 15: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

koncentracija individualnih PAM molekula doseže ili prelazi kritičnu micelarnu koncentraciju.

Amfifilične poliuretanske (APU) nanočestice predstavljaju specifični molekularni tip čestica u razvoju za primjene u prečišćavanju. U početnim fazama istraživanja, naučnici su sintetizovali više čestica koristeći poliuretan akrilat anjonomer (UAA) i poli (etilenglikol)-modifikovani uretan akrilat (PMUA) kao prekursorske lance. Prekursorski lanci utiču na strukturu i osobine čestica. U slučaju UAA derivata, nepolarna osnova ostaje u unutrašnjosti čestice a karboksilni bočni lanci formiraju površinu čestice. S druge strane, hidrofilni poli (etilen oksid) dijelovi čestica derivata PMUA formiraju dodatne bočne lance na površini čestice. Dalje varijacije strukture i funkcionalnosti nanočestica se mogu postići mijenjajući osobine i tehnike sinteze prekursorskih lanaca. Npr, mijenjanje veličine poli (tetrametilen glikol) (PTMG), hemikalije korištene u sintezi i UAA i PMUA lanaca, može promijeniti strukturu finalne čestice.

Slika 3- struktura UAA i PMUA izvedenih nanočestica

8.2 PRIMJENA

Polimerne nanočestice su potencijalna zamjena za tradicionalne PAM obično korištene za poboljšanje procesa uklanjanja hidrofobnih organskih zagađivača u sistemima ispumpavanja i tretmana. Zagađivači koji spadaju u ovu kategoriju često se čvrsto vežu za zemljište ili formiraju nevodenu tečnu fazu. Njihova opšta otpornost procesima prečišćavanja je rezultat više faktora: (1) sporo rastvaranje nevodene tečne faze u podzemnim vodama, (2) spora difuzija zagađivača iz zone niske provodnosti u zonu visoke provodnosti, (3) spora desorpcija vezanih zagađivača, (4) hidrodinamička izolacija u „mrtvim“ zonama. PAM su uglavnom korištene da se prevlada neefektivnost sistema ispumpavanja i tretmana. PAM mogu mobilizovati i rastvoriti nevodenu tečnu fazu i rastvoriti vezane zagađivače. APU čestice pokazuju veoma slične osobine kao i PAM micele. UAA i PMUA-izvedene nanočestice se potencijalno mogu koristiti da poboljšaju tretman policikličnih aromatičnih ugljovodonika, kao što je fenantren, supstanca prisutna u katranu kamenog uglja.

8.3 TOKSIČNOST

Toksikološke studije predstavljaju još jednu istraživačku potrebu u progresiji ka pilot-testiranjima ove tehnologije.

15

Page 16: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

9. JEDNO-ENZIMNE NANOČESTICE

9.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Enzimi nude široke mogućnosti u područjima hemijskih konverzija, biodetekcije i bioprečišćavanja. Njihova specifičnost i ciljana efektivnost ih čini efektnijim od sintetičkih katalizatora. Međutim, nedostatak stabilnosti i relativno kratak životni vijek enzima onemogućava njihovu upotrebljivost kao ekonomski prihvatljive opcije. Da bi se povećala stabilnost i otpornost enzima, vršena su eksperimentalna ispitivanja metoda kao što su enzimska imobilizacija, enzimska modifikacija i genetska modifikacija.

U skorije vrijeme nanotehnologija je omogućila novi metod stabilizacije enzima u obliku jedno-enzimnih nanočestica, koje se najjednostavnije mogu opisati kao „oklopljeni“ enzimi okruženi zaštitnim kavezom debljine nekoliko nm. Kavez je ustvari silikatni oklop povezan sa površinom enzima; iako pokriva većinu enzima, aktivna mjesta ostaju hemijski dostupna, zadržavajući funkcionalnost enzima.

Prva jedno-enzimna nanočestica je sintetizovana 2003, pri čemu je korišten enzim himotripsin. Sinteza je trodjelni proces: prvi korak je kovalentna modifikacija površine enzima stvarajući pritom funkcionalnost vinilne grupe i rastvorljivost enzima u nepolarnom/hidrofobnom rastvaraču kao što je heksan. U drugom koraku, monomeri silana sa vinilnim i trimetoksisilanskim grupama se miješaju sa modifikovanim enzimima. Polimerizacija vinilne grupe stvara linearne polimere sa slobodnim trimetoksisilanskim grupama pričvršćenim na površinu enzima. Posljednji korak je hidroliza trimetoksisilanskih grupa i kondenzacija silanola. Ovaj korak stvara unakrsno vezani silikatni omot koji nalikuje oklopu.

9.2 PRIMJENA

Jedinični enzimi se mogu koristiti za uklanjanje jedinjenja nepodložnih dejstvu tradicionalnih mikrobioloških postupaka prečišćavanja. Ovi enzimi podnose ekstremne uslove, kao što su visok/nizak pH, visoka koncentracija polutanata, visok salinitet i visoka/niska temperatura. Enzimi takođe ne zahtijevaju nutrijente i aklimatizaciju biomase. Njihovom upotrebom izbjegnuti su i metabolički intermedijeri i nusproizvodi, kao i ograničenja prenosa mase zbog ćelijskog transporta.

Vrsta zagađivača koji se uklanja diktira i tip enzima koji se koristi. Primjenjivi enzimi su, između ostalih, peroksidaze, polifenol oksidaze, dehalogenaze, organofosforne hidrolaze a klasu organskih polutanata razgradljivih enzimima čine fenoli, poliaromati, boje, hlorirana jedinjenja, organofosforni pesticidi, eksplozivi.

16

Page 17: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

9.3 TOKSIČNOST

Enzimska osnova upućuje na nedostatak toksičnosti jedno-enzimnih nanočestica. Međutim, njihova potencijalna stabilnost u okolini i/ili sisarima ako se apsorbuju ili unesu hranom treba biti detaljnije ispitana.

10. PODESIVI BIOPOLIMERI

10.1 PREGLED TEHNOLOGIJE

Podesivi biopolimeri se najbolje mogu opisati kao vještački ili sintetički proteinski polimeri koji ispoljavaju novu organizaciju i kontrolu na molekularnom nivou. Genetski inženjering i tehnike rekombinacije DNK omogućavaju dizajn i proizvodnju biopolimera nanoskale preko stvaranja sintetičkog genetskog šablona. Sposobnost dizajna ovih šablona dozvoljava da redoslijed, veličina, sastav i funkcija biopolimera budu predodređeni.

Elastinu slični polipeptidi (ESP) su biopolimeri koji posjeduju strukturne

osobine slične proteinu koji se nalazi kod sisara, elastinu. Njihove jedinstvene osobine ih čine dobrim kandidatima za osnovnu formaciju podesivih biopolimera. Sastavljeni od ponavljajućih pentapeptidnih VPGVG (valin-prolin-glicin-valin-glicin) jedinica, sa porastom temperature oni prolaze reverzibilni fazni prelaz iz vodeno rastvorljivih oblika ili polimernih rastvora u agregate. Temperatura prelaza ESP može biti podešavana/kontrolisana mijenjanjem dužine lanca i redoslijeda segmenata. Takođe se mijenja i sa promjenom pH, jonske jačine, pritiska i kovalentnim modifikacijama. ESP se može proizvesti u velikim količinama putem prekomjerne ekspresije u E. coli. Prečišćavanje do homogenosti je moguće lako postići iskorištavanjem temperaturno određujućih osobina ESP. Ovaj faktor čini ESP dobrim kandidatom za proizvodnju biopolimera. Spajanje sa drugim peptidima i/ili proteinima omogućava funkcionalizaciju ESP, održavajući pritom temperaturno određenje osobina.

10.2 PRIMJENA

Podesivi biopolimeri su sintetizovani na laboratorijskoj skali s ciljem specifičnog vezivanja za teške metale. Spajanjem ESP sa proteinima koji specifično ciljaju metale kao što su kadmijum, živa, arsen i olovo, mogu se proizvesti biopolimeri za pojedinačno uklanjanje metala. 2001. je kreiran podesivi biopolimer za uklanjanje teških metala i testirana je njegova sposobnost vezivanja kadmijuma. Polimer je sastavljen od ESP i heksahistidinskog repa koji služi za vezivanje metala. Sposobnost biopolimera da veže metal je ispitivana u puferovanom rastvoru koji sadrži Cd2+, i nađeno je da se biopolimeri vežu za kadmijum u odnosu 1:1. Nakon dodavanja biopolimera u rastvor, priroda ESP dozvoljava njihovo taloženje iz rastvora povišenjem temperature, ili dodatkom

17

Page 18: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

rastvora soli. Ispitivana je i sposobnost uklanjanja kadmijuma iz zemljišta dodavanjem rastvora biopolimera i postignuto je maksimalno uklanjanje od 55%.

U drugoj studiji je kreiran podesivi biopolimer sa specifičnim afinitetom prema živi. Kao metal-vezujući dio spojen sa ESP korišten je protein MerR, bakterijski metaloregulatorni protein koji ima veliki afinitet i specifičnost prema živi, čak i u prisustvu drugih teških metala kao što su kadmijum i cink. Dokazana je sposobnost uklanjanja žive u puferovanim rastvorima do ppb nivoa.

10.3 TOKSIČNOST

Biološka osnova čini ovu tehnologiju potencijalno manjim izvorom zabrinutosti nego druge neorganske nanotehnologije.

11. NANOKRISTALNI ZEOLITI

11.1 TEHNOLOGIJA

Termin zeoliti predstavlja veoma široku grupu kristalnih struktura sastavljenih od silicijuma, aluminijuma i kiseonika. Nudeći raznolikost potencijalnih primjena u katalizi i separacijama, zeoliti su postali naročito popularni za katalitičku upotrebu u petrohemijskim procesima. Osobine zeolita uključuju visok kapacitet katjonske izmjene, veliku specifičnu površinu (zbog porozne kristalne strukture) i visoku hidrotermalnu stabilnost. Konvencionalne metode sinteze proizvode zeolite veličine od 1 do 10 µm. Međutim, budući da pore spadaju u opseg molekularne veličine (0.4 do 1 nm), zeoliti se smatraju nanomaterijalima.

U novije vrijeme istraživači su počeli da sintetizuju nanokristalne zeolite kao način da ispitaju nove puteve povezivanja zeolita i nanotehnologije. Nanokristalni zeoliti su sastavljeni od izolovanih, jednolikih kristala dimenzija manjih od 100 nm. Prednosti , kao što su veća spoljašnja površina, manje dužine difuzionih puteva i manja sklonost ka formiranju koksa, čine nanokristalne zeolite superiornim u odnosu na tradicionalne zeolite mikro veličine. Osim toga, kapacitet apsorpcije je povećan i do 50 %. Sposobnost sastavljanja nanokristalnih zeolita u tanke filmove i druge nanostrukture omogućava potencijalno formiranje separacionih membrana.

11.2 PRIMJENA

Predviđa se da će poboljšana svojstva nanokristalnih zeolita dovesti do povećanja ukupnog broja primjena ove tehnologije. Zeoliti regularne veličine su već ispitani za veliki broj primjena u zaštiti okoline. Zeoliti imaju sposobnost da prečišćavaju vodu koja sadrži katjonske vrste, kao što su amonijum i teški metali, a takođe i hemikalije kao što su i . Ove radioaktivne vrste se sreću u

18

Page 19: UNIVERZITET U BANJOJ LUCI

otpadnim vodama nuklearnih postrojenja i zagađenim podzemnim vodama. MTBE (metil terc-butil eter), polutant koji se koristi kao aditiv za goriva, je takođe potencijalna meta za zeolite. Npr, H-ZSM-5, tip zeolita, konvertuje MTBE u biorazgradljive hemikalije u vodenom rastvoru. Zeoliti modifikovani sa PAM su korišteni u izgradnji propustljive barijere za adsorpciju tetrahloretilena i hromata iz podzemne vode. Takođe je vršena procjena sposobnosti modifikovanih zeolita da uklanjaju ugljovodonike iz otpadnih voda naftnih polja.

11.3 TOKSIČNOST

Toksičnost nanokristalnih zeolita još nije dovoljna ispitana.

12. ZAKLJUČAK

Polje nanotehnologije nudi više dolazećih tehnologija koje bi mogle biti efektne u tretmanu zagađujućih materija. Dok je jedna tehnologija već komercijalno dostupna, neizbježno će i druge tehnologije koje su trenutno u fazi laboratorijskih istraživanja postepeno preći na nivo ispitivanja u polju primjene. Uspjeh ovih tehnologija zavisi između ostalog i od boljeg razumijevanja njihovog potencijalnog uticaja na zdravlje.

Literatura:

1. K. Watlington: Emerging Nanotechnologies for Site Remediation and Wastewater Treatment

2. K. Curtin: Nanotechnology and Wastewater Treatment- An overview

3. V. Colvin: Nanotechnology and the Environment

19