Nanoželezem proti jedům
Lidé často znečišťují životní prostředí látkami, se kterými si příroda sama neporadí. K jejich likvidaci vznikla poslední dobou spousta chytrých technologií.
Kontaminanty, znečišťující látky, jako například různé jedy nebo oleje, se mohou dlouhá léta usazovat v zemi jako časovaná ekologická bomba. Díky novým technologiím se některé skryté hrozby daří úspěšně likvidovat. Takovému čistícímu procesu se říká sanace ekologických zátěží. Využívá se při ní i tzv. nanoželezo.
Rozdělte milimetr na milion dílků. Jeden takový dílek se rovná jednomu nanometru. Lidský vlas je tisíckrát silnější. Nanoželezo je čisté práškové železo s tak malými částečkami, že se jejich rozměry musí udávat právě v nanometrech. Povídali jsme si o něm s předním českým odborníkem na nanotechnologie Petrem Kvapilem ze společnosti Aquatest.
Při sanaci znečištěné půdy i vody se používá jak nanoželezo, tak železo v podobě železných pilin. Ať tak nebo tak – jak vůbec může železo čistit?
„Železo rezne a tím, že rezne, je oxidováno. Tím pádem musí být něco jiného redukováno – a to je většinou ten kontaminant. Nanorozměr přispívá k tomu, že to železo reaguje rychleji. Obyčejná litinová tříska nebo železná špona ve vlhku zrezne za týden, když je sucho nezrezne třeba ani za dva roky. Když vysypeme práškové nanoželezo z ochranného obalu, tak ten prášek už dopadne na zem zrezlý. Ta reakce je i vidět; železo shoří dřív, než z výšky jednoho metru dopadne na zem. Druhá výhoda zmenšení částic do velikosti nano je, že nanoželezo se může v hornině pohybovat, může migrovat, může téci s tou kontaminovanou znečištěnou vodou a tím pádem ji může lépe a efektivně čistit.“
Obyčejné železo funguje v zemi stejně jako nanoželezo?
„Jediný rozdíl je v tom, že pokud tam dáme obyčejné železo, tak v zemi vytvoříme filtr, kterým voda protéká a čistí se. Pokud tam dáme nanoželezo, najde si do určité míry k tomu znečištění cestičku samo. Nanoželezo funguje několika způsoby – v závislosti na látce, kterou potřebujeme dostat z horniny pryč nebo nějakým způsobem deaktivovat. Princip je takový, že se z toxických látek, nebezpečných pro člověka nebo živé organismy, stanou látky méně toxické. S organickými látkami většinou železo reaguje tak, že ta látka zmizí a stane se z ní nějaká jiná látka netoxická. Železo je schopné odbourávat i znečištění na bázi toxických kovů. Kov, třeba i těžký, bude pořád kov, jen se změní jeho forma. V zemi je kov v toxické podobě většinou rozpustný ve vodě. Tím pádem se může dostávat dál k příjemci a může ho ohrožovat. Železo je schopné ten kov převést do takové formy, že není rozpustné ve vodě a tím pádem už dále neohrožuje své okolí.“
Nanoželezo se v přírodě běžně vyskytuje. Ne ovšem ve formě čistého, elementárního železa, ale ve sloučeninách – v podobě různých oxidů nebo hydroxidů.
„S tím se každý z nás v přírodě běžně setká. Když se podíváte na nějaký železitý pramen, minerální pramen, který vytéká ze země, jsou tam rezaté nánosy. Ty nánosy jsou vlastně již nanočástice železa. Tyto nanočástice oxidu nebo hydroxidu železa jsou dokonce mnohem menší než nanočástice, se kterými pracujeme my a mohly by i posloužit k výrobě železa pro čištění vod. S tím se v přírodě nesetkáme, nanoželezo si musíme vyrobit. Musí se upravit do té podoby, aby bylo schopno redukovat znečištění horninového prostředí. Čili je potřeba ho aktivovat, když to řeknu zjednodušeně.“
Nanoželezo se poslední dobou testuje i jako zbraň v boji proti sinicím, které v létě pokrývají kdekterou vodní plochu. Nanoželezo je pro sinice jedovaté. Není tedy nebezpečné i lidem? Organismus jako organismus...
„Jakmile projdou ty reakce, tak je zcela bezpečné. Jinak v porovnání s jinými chemickými látkami, pokud je již nanoželezo ve formě suspenze, tak je možné s ním běžně manipulovat. Zdraví člověka žádným způsobem neohrožuje. Samozřejmě není vhodné užívat je vnitřně. Sinice a bakterie jsou uzpůsobené k tomu, že to železo potřebují a nikdo jim nedokáže vysvětlit, aby je vnitřně nepoužívali. Tímto způsobem jim škodí. Ale z hlediska člověka a manipulace s tím materiálem není nanoželezo považováno za rizikový materiál.“
Odborník na nanotechnologie Petr Kvapil byl u toho, když se čistily staré ekologické zátěže v Kuřívodech, v bývalém vojenském prostoru Ralsko na Českolipsku. Na místě bývalé prádelny a čistírny oděvů, která sloužila československé a pak i sovětské armádě, bylo v zemi vsáklé ledacos – zejména odmašťovadlo tetrachloretylen, plné rozpuštěných olejů. K likvidaci tohoto znečištění přišlo nakonec vhod i nanoželezo.
Tato metoda je podle Petra Kvapila úspěšnější než metoda sanačního čerpání. Kontaminant bývá zateklý v puklinách a vrty musí být přesně směřované. Navíc je kontaminant špatně rozpustný ve vodě a tak je možné čerpat ho velmi dlouho a neúspěšně. Naproti tomu suspenze nanoželeza, která odbourává znečištění přímo v zemi, po zasáknutí putuje stejně jako kontaminant a zateče do znečištěných míst sama. Nanoželezo je drahé a ne všude se hodí, někdy je to však jediná použitelná technologie.
Nanoželezo se aktuálně využívá i při čištění areálu Spolchemie v Ústí nad Labem. To je ovšem, podle Petra Kvapila, trochu silnější káva, než v případě vojenské prádelny a čistírny v Kuřívodech: „Ve Spolchemii pronikaly látky do horninového prostředí třeba až 70 let. V areálu byla celá řada provozů a každý používal jiné látky. Složení vody je tu daleko komplikovanější.“ Při čištění se tu pracuje s velmi slanými vodami, které mají charakter mořské vody.
Při sanacích v ústecké Spolchemii se využívá celý komplex nejrůznějších metod a technologií. Jakou roli v něm hraje železo – ať už v jakékoliv podobě?
Výběr vhodných metod záleží na směsi znečištění i na okolnostech, kde se nalézá, říká Petr Kvapil: „Konkurenční a levnější technikou je mikrobiální podpora biodegradace, biologického rozkladu za pomoci mikroorganismů, během kterého voda zahnívá – lidově řečeno smrdí. Zároveň vzniká řada toxických meziproduktů, které v určitých místech mohou být nežádoucí. To je i případ Spolchemie.“ Proto se v jejím areálu na některých místech využívá i nanoželeza.
Výzkum nanoželeza samozřejmě stále pokračuje. Jak říká Petr Kvapil, odborníci vymýšlejí další metody jeho využití i nové aplikace: „Je snaha vyvinout materiál, se kterým se bude lépe manipulovat. Současný materiál je velmi reaktivní a prášek na vzduchu hoří. Ve formě suspenze rozkládá molekulu vody. Tím dochází k produkci vodíku a vznikají problémy s přepravou a uchováváním nanoželeza.“ Pracuje se na materiálu, který by byl méně reaktivní a dal se využít i pro jiné typy znečištění. Vyvíjí se systémy pro čištění průmyslových vod a je snaha využít nanoželezo i pro řešení problematiky sinic v povrchových vodách.
Nanoželezo zřejmě čeká skvělá budoucnost. A s ním i technologie, které ho využívají při čištění ekologických zátěží. Povídali jsme si o tom s odborníkem na nanotechnologie Petrem Kvapilem ze společnosti Aquatest.
Vysíláno v Planetáriu č. 22/2011, 28. května - 3. června.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně doplněno a upraveno.
Kompletní příspěvek si poslechněte ZDE (15:56).
Poslechněte si také:
Nano- kolem nás
Nejposlouchanější
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Hurvínek? A s poslední rozhlasovou nahrávkou Josefa Skupy? Teda taťuldo, to zírám...
Jan Kovařík, moderátor Českého rozhlasu Dvojka
Hurvínkovy příhody 5
„Raději malé uměníčko dobře, nežli velké špatně.“ Josef Skupa, zakladatel Divadla Spejbla a Hurvínka
