Nanotechnológie so zeolitom pri sanácii environmentálnych záťaží

Nanotechnológia je vedný odbor, ktorý sa zaoberá presnou a zámernou manipuláciou s hmotu na úrovni atómov a molekúl s rozmermi približne 1 až 100 nanometrov (1nm = 10^-9 m). Nanomateriály a nanoštruktúry dostávajú vďaka svojim rozmerom a usporiadaniu nové vlastnosti dané významnou zmenou fyzických, chemických a biologických vlastností. Tieto zmeny dávajú nanomateriálom možnosť ovplyvňovať a riadiť okolité prostredie na úrovni jednotlivých atómov a molekúl. A takýmto nanomateriálom môže byť aj prírodný zeolit.

Prírodný zeolit

Čo sú to tie zeolity?

Zeolity zahŕňajú veľký počet prírodných minerálov, ktoré sú z chemického hľadiska zložité hlinito-kremičitany s typickou priestorovou (tzv. kostrovitou) stavbou tetraédrov. Kremičitanové SiO₄ tetraédre (štvorsteny) sa navzájom spájajú výlučne prostredníctvom atómov kyslíka O₂ a tým vytvárajú špecifickú štruktúru poprepájanú sieťou kanálikov konštantných rozmerov. Je v nich prítomný záporný náboj vznikajúci nahradzovaním Si⁴⁺ za Al³⁺. Kanáliky sú obsadené molekulami vody H₂O, ktorá má polárny charakter a je všeobecne známa ako tzv. zeolitová voda. Najznámejším spomedzi zeolitových minerálov je klinoptilolit.

Nanomateriály v environmentálnej oblasti

Použitie nanometriálov v oblasti životného prostredia sa rozširuje hlavne v ostatných rokoch. Vplyv nanotechnológií je možné zhruba rozdeliť do troch oblastí – sanácia, monitorovanie a prevencia znečistenia. Tieto postupy nachádzajú svoje uplatnenie v účinných a finančne efektívnych metódach sanácie hornín, odpadov, pôd a vôd s minimálnym vplyvom tejto technológie na životné prostredie a ľudské zdravie.

Široké využitie zeolitov

Má zeolit vlastnosti nanomateriálu?

Mimoriadne a všestranne využiteľné sanačné vlastnosti a schopnosti nanočastíc sú založené hlavne na týchto štyroch základných faktoroch:

• extrémne malá veľkosť častíc v rozsahu od 1 – 100 nm,
• veľký merný povrch vzhľadom na objem,
• zvýšená chemická a biologická aktivita,
• schopnosť efektívneho transportu povrchovou a podzemnou vodou.

Aj napriek tomu, že pôvodná veľkosť kryštálových štruktúr prírodného zeolitu je oveľa väčšia ako sú nanorozmery, ich vhodné použitie sa dnes považuje za aplikáciu nanomateriálov v sanačných projektoch. Je to hlavne preto, že mikroskopické póry v štruktúre zeolitu majú molekulárne rozmery od 0.4 – 1 nm. A objem pórov môže dosahovať až 50% objemu zeolitového materiálu. Používanie nanozeolitov je však zatiaľ len vo výskumnej fáze.

Prírodný zeolit s modifikovaným povrchom

Náročnosť spôsobov sanácie environmentálnych záťaží ovplyvňuje aj procesy modifikovania povrchov konvenčných tradičných adsorbentov. Takýmto perspektívnym adsorpčným médiom je aj prírodný zeolit s modifikovaným povrchom. Súčasne s rozvojom nanotechnológií sa základné fyzikálno-chemické vlastnosti prírodného zeolitu začínajú študovať z nového pohľadu. Prírodné zeolity sú v prírode pomerne časté aj v ekonomicky zaujímavých ložiskových akumuláciách. Ich ťažba a spracovanie nie sú príliš technologicky náročné a drahé. Oproti tradičným adsorpčným mikrokryštalickým materiálom majú nanometrové veľkosti kryštálov prírodného zeolitu väčší merný povrch a kratšie difúzne dráhy. A tak podstatne vyššiu účinnosť pri adsorpcii a v katalýze, ale tiež v podobe nanesených membrán.. Určite perspektívnym adsorpčným materiálom sú aj upravené zeolitové nosiče klinoptilolitového typu.

Viac info nájdete aj TU.