Vassal a tiszta vízért

A ferrát, azaz a hat pozitív töltéssel rendelkező vas-anion multifunkcionális, többféle anyaghoz használható fertőtlenítőszer ivóvíz és szennyvíz kezelésére. Ennek újszerű előállítását és felhasználását célozza az Imsys Kft. kutatási projektje.

Az Imsys Mérnöki Szolgáltató Kft. „Ferrát elektrokémiai módszerrel történő előállítása és a ferrát vízkezelésben való felhasználása” című kutatási projektje újszerű módon közelít a témához. A projekt tárgya egy, a ferrát előállítását célzó, elektrokémiai elven működő kísérleti berendezés tervezése, megépítése, a ferrát-kihozatal szempontjából optimális kísérleti paraméterek meghatározása, a mindenkori ferrát-koncentráció in situ mérésére alkalmas analitikai módszer kidolgozása és az így előállított reagens különböző víztípusok tisztítása során történő alkalmazhatóságának vizsgálata.

A projekt újszerűsége a ferrát előállítási módjában van. A ferrát előállítása jelenleg ugyanis úgynevezett nedves kémiai úton, szakaszos előállítási technológián alapszik. Az Imsys Kft. kutatási iránya, az elektrokémiai szintézis útján való előállítás lehetővé tenné a ferrát reagens folyamatos előállítását az igényekhez igazodó mennyiségben. Egyúttal biztosítaná a technológia elterjedését akadályozó, az aktív komponenst nagy feleslegben kísérő nátronlúg mennyiségének nagyságrendi csökkentését.

A ferrát a víztisztításban

A mechanikai és a biológiai tisztítási lépcsőkön alapuló szennyvíztisztítás esetében a visszamaradt szerves mikroszennyezők (különböző xenobiotikumok) eltávolítására egy utótisztítási lépcsőben különböző oxidációs módszerek (pl. ózonizálás, H2O2+UV, szonolízis, Fenton-reakció) alkalmazhatók. Ezen oxidációs folyamatok során keletkező bomlástermékek eltávolítása még egy külön adszorpciós technológiai lépést (pl. homokágyon való szűrést) igényel.

Ezzel szemben az Imsys Kft. laboratóriumi szinten már alkalmazást nyert ferrát-technológiája esetében a bomlástermékek közvetlenül megkötődhetnek a ferrát redukciója során kialakuló nagy fajlagos felületű vas-hidroxid csapadékon, így szűréssel egyszerűen eltávolíthatók.

Tekintettel arra, hogy a vas-hidroxid egyidejűleg adszorptíve megköti a nehézfémeket is, a ferrát–technológia ajánlható szervetlen és szerves szennyezők egyidejű eltávolítására. Ezért ez a technológia lehetőséget kínál egyéb vízkezelési eljárások – pl. ipari szennyvíztisztítás, talajvíztisztítás, fertőtlenítés, ivóvízkezelés – céljára is.

Célkeresztben a klórozott szénhidrogének

Külön probléma napjainkban a talajvíz klórozott szénhidrogén-szennyezettsége. Az illékony szerves vegyületek eltávolítására többféle lehetőség van, ezek például a kilevegőztetés, a biodegradáció, az oxidatív, illetve a reduktív vagy oxidatív kémiai kezelés, mint például a ferrát alkalmazása. Ez utóbbi áll a kutatás középpontjában.

A Kutatási és Technológiai Innovációs Alap támogatásával megvalósuló projekt első kutatási szakaszáról hírt adtunk a Lombik 2014. júniusi számában. A KwakLab Kutatóintézet itt részt vett egy olyan kémiai analitikai módszer kifejlesztésében, ami alkalmas klórozott szénhidrogének, elsősorban triklór-etilén (TCE) és diklór-benzol (DCB) koncentrációjának kvantitatív meghatározására. Mindkét vegyület esetében áttekintették a vonatkozó szabványokat és ajánlásokat. Az első szakasz irodalomkutatással indult a ferrát elektrokémiai módszerrel történő előállítása témában. Ez a berendezés tervezésével, a laboratóriumi berendezés összeállításával, szerkezeti anyagok (elektródok, diafragmák, edényzet) beszerzésével folytatódott. Szintén az első munkaszakaszban dolgozták ki a referenciamódszert, megtörtént az elektrokémiai cella geometriájának szerkezeti kialakítása, a cellában alkalmazott áramsűrűség optimálása, valamint az előállított termék vizsgálata.

Továbbfejlesztés

Mindezen tapasztalatok, vizsgálatok, irodalmi kutatás alapján a második munkaszakasz feladata a kísérleti berendezés továbbfejlesztése volt. A Végh & Végh mérnökiroda részvételével elkészültek a kísérleti berendezés első változatának 2D-s és 3D-s műszaki tervei, a használati utasítás és a gépleírás. A tervek alapján az ELTE Környezettudományi Kooperációs Kutatóközpont (KKKK) kutatói bevonásával befejeződött a laboratóriumi méretű kísérleti berendezés fejlesztése.

A fejlesztés során optimálták a hőmérsékleti, elektrokémiai paramétereket és az esetleges szerkezeti anyagok kialakítását a folyamatos ferrát-előállítás érdekében.

A léptéknöveléshez a szerkezeti anyagok beszerzése, az alapanyagok adagolási sorrendjének, kezelési módszerének kialakítása fontos feladat volt, akárcsak a reagensekkel szemben támasztott követelmények megfogalmazása.

Vizsgálták továbbá a ferrát transzportja során bekövetkező bomlást, az elektródok kémiai összetételének, anyagszerkezetének, valamint az elektródok geometriájának hatását a ferrát-kihozatal szempontjából.

Laboratóriumi kísérletek

Mindezzel párhuzamosan laboratóriumi kísérletek is folytak. Az ELTE KKKK GC-MS (gázkromatográfia-tömegspektrometria) laborjában végzett kísérletek célja, hogy a ferrát-projekt keretein belül kidolgozzanak egy olyan eljárást, melynek segítségével nyomon követhető a ferrát(VI) illékony szerves vegyületekre kifejtett oxidáló hatása. (A GC-MS összetett analitikai módszer, ami két analitikai technikát használ együttesen anyagkimutatásra. A gázkromatográfiás elválasztással kombinált tömegspektrometria alkalmas többkomponensű, összetett minták jellemzésére. A módszer szerepét az érzékenysége, kis mintaigénye, kiterjedt alkalmazási lehetősége biztosítja. A GC-MS technikát ma elterjedten használják többek között a szerves vegyiparban, a földgáz- és kőolajiparban, a gyógyszeriparban, a metabolitkutatásban és a környezetanalitikában.)

A második munkaszakasz fél éve során a cél az volt, hogy a triklór-etilén (TCE) eltávolítását nyomon kövessék GC-MS méréstechnikával, nátrium-ferrát oxidálószer alkalmazásával, valamint hogy kifejlesszék az ehhez szükséges módszereket. A munka során a gőztér és a folyadékfázis analízise egyaránt feladat volt. A kísérletek további célja volt, hogy megvizsgálják a ferrát(VI) oxidáló hatását komplex mátrixú felszín alatti vízmintákon is.

A gőztéranalízishez (headspace) a módszerfejlesztés elengedhetetlen volt annak érdekében, hogy a TCE szelektíven, biztonsággal meghatározható legyen. A vizsgálatok során az volt a cél, hogy a TCE ferrát(VI) hatására keletkezett melléktermékeit detektálják. Szakirodalmi adatok alapján triklór-metánra és diklór-etilénre is kalibrációt végeztek a későbbi mennyiségi analízis elvégzéséhez, a TCE meghatározásához kidolgozott módszerrel analóg módon. A folyadékfázis vizsgálatára azért volt szükség, hogy az esetlegesen keletkező nem illékony melléktermékeket is detektálhassák.

A kísérleteket először folyadék-folyadék extrakcióval végezték, majd egy ún. szilárdfázisú mikro-extrakciós (SPME) eljárásra tértek át. A kísérletekhez modelloldatot és felszín alatti vízmintákat használtak. A ferrát(VI)-kezelés kísérleti körülményeinek optimálása is szükséges volt. Ilyen körülmény például a pH és a ferrát(VI)-mennyiség adagolásának módja.


A projekt támogatási összege: 374.350.539 Ft
Támogatási intenzitás: 69,98%
Projektazonosító: PIAC_13-1-2013-0191

Kapcsolat

Imsys-Logo

Mérnöki Szolgáltató Kft.