Chemické pokusy s nanomateriály/Využití magnetických nanočástic železa pro čištění vody

	Využití magnetických nanočástic železa pro čištění vody
Chemikálie	dichroman draselný a nanočástice železa
Pomůcky	Neodymový magnet, kádinka, skleněná tyčinka a pasteurova pipeta
Typ pokusu	demonstrační pokus
Časová náročnost	10 min
Bezpečnost
	Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Pokus demonstruje nanotechnologickou aplikaci magnetických nanonočástic nulamocného železa do procesu čištění odpadních a znečištěných vod. Znečistění vody je demonstrováno přídavkem 1% roztoku dichromanu draselného a k tomuto roztoku je následně přidána disperze nanočástic nulamocného železa. Nanočástice železa reagují s polutanty ve vodě za vzniku netoxických a nereaktivních sloučenin. Pomocí vnějšího magnetického pole jsou nanočástice i se zreagovanými polutanty na jejich povrchu odseparovány ze směsi, kde po separaci zůstává pouze čistá voda.^[1]

Princip

Nanotechnologie je soubor technologických postupů vedoucích k vytvoření a cílené aplikaci funkčních materiálů o velikosti v rozmezí nanoškály. Jedním z příkladů nanotechnologií může být využití nanočástic k čištění odpadních či jinak znečištěných povrchových i podzemních vod. Mezi polutanty (znečišťující látky), které se nacházejí ve vodě mohou patřit různé pesticidy, organická rozpouštědla či těžké kovy. Tyto látky představují nebezpečí pro lidské zdraví a životní prostředí.

K odstraňování polutantů ze znečištěných vod se využívají nanočástice nulamocného (elementárního) železa. Tyto částice se vyznačují vysokou reaktivitou, která je zapříčiněna jejich velkou plochou povrchu. Atomy na povrchu částice jsou reaktivnější než atomy uvnitř částice. Proto je u nanočástic možné sledovat výrazný rozdíl v reaktivitě oproti pevným makro-materiálům. Nanočástice železa jsou na svůj povrch schopny vázat i hormony vylučované lidmi, které klasické technologie používané v čističkách odpadních vod odstranit nedokáží. Další výhodou aplikace nanočástic železa jsou jeho feromagnetické vlastnosti. Pomocí vnějšího magnetického pole je možné železné nanočástice odseparovat ze směsi.^[2]

Princip čistění vody spočívá v injektáži železných nanočástic přímo do znečištěné vody. Dochází k oxidačně-redukční reakci nanočástic železa s polutanty, čímž se snižuje jejich pohyblivost a toxicita. Látky vznikající při reakci již nepředstavují hrozbu pro lidské zdraví ani životní prostředí. Po zreagování polutantů se nanočástice odstraní pomocí vnějšího magnetického pole. Feromagnetické částice železa s navázanými polutanty jsou přitahovány magnetickým polem a v jeho blízkosti se shlukují.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Využití magnetických nanočástic železa pro čištění vody. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění absorpce nečistot na nanočástice.

Kádinku naplníme vodou a přidáme pár kapek 1% roztoku dichromanu draselného, který představuje polutanty ve vodě.
Roztok důkladně zamícháme a za stálého míchání přidáme malé množství nanočástic železa. Polutanty (dichroman draselný) v roztoku reagují s nanočásticemi železa a dojde k jejich přeměně na látky, které již nemají škodlivé účinky na zdraví či životní prostředí.
Ke kádince se směsí zreagovaných nanočástic přiložíme neodymový magnet (působení vnějšího magnetického pole). Po přiložení magnetu dojde k shlukování magnetických nanočástic v blízkosti magnetu.
Po separaci nanočástic železa bude výsledný roztok pouze čirá voda.

Poznámky

Reference

↑ Kolářová, L. & Tuček, J. Čištění Vody Využitím Nanotechnologií a Začlenění Tohoto Tématu Do Výuky Fyziky. in Veletrh nápadů učitelů fyziky 130–135 (2015).
↑ Kanel, S. R., Manning, B., Charlet, L. & Choi, H. Removal of arsenic(III) from groundwater by nanoscale zero-valent iron. Environ. Sci. Technol. 39, 1291–1298 (2005)

[1] Kolářová, L. & Tuček, J. Čištění Vody Využitím Nanotechnologií a Začlenění Tohoto Tématu Do Výuky Fyziky. in Veletrh nápadů učitelů fyziky 130–135 (2015).

[2] Kanel, S. R., Manning, B., Charlet, L. & Choi, H. Removal of arsenic(III) from groundwater by nanoscale zero-valent iron. Environ. Sci. Technol. 39, 1291–1298 (2005)

[1]

[2]