Use of various zero valent irons for degradation of chlorinated ethenes and ethanes

• Autorzy: Wacławek S. , Nosek J. , Cádrová L. , Antoš V. , Černík M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0034

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie różnych rodzajów zerowartościowego żelaza w celu degradacji chlorowanych etenów i etanów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Amongst all of the reducing agents that can be used in environmental remediation, zero valent iron (ZVI) is one of the most common due to its environmental acceptance, high reaction rate, good availability, and long-term stability. Moreover, ZVI mobility, stability and reactivity can be enhanced by the application of a DC electric current, ie electrokinetics (EK). In the study, six various slurries containing different ZVI were tested for their efficacy for chlorinated ethenes and ethanes degradation. Chlorinated compound concentrations, pH, oxidation-reduction potential (ORP) and conductivity were determined during the long-term kinetic test. Kinetic rate constants calculated for the degradation of three chlorinated ethenes (PCE, TCE and cis-DCE) concluded that EK brings substantial contribution to chlorinated compounds degradation. Nano-scale zero valent iron STAR had the highest reaction rates compare to the other ZVI tested. The performed study could serve as a preliminary assessment of various available ZVI before in-situ application.

PL

Wśród wszystkich czynników redukujących, które mogą być stosowane w remediacji środowiska, zerowartościowe żelazo (ZVI) jest jednym z najbardziej popularnych ze względu na jego niedużą toksyczność, dobrą dostępność, szybkość reakcji oraz stabilność. Ponadto, mobilność, stabilność i reaktywność ZVI może być zwiększona poprzez zastosowanie prądu stałego, tzn. elektrokinetyki (EK). W przeprowadzonych badaniach przetestowano sześć rodzajów zawiesin zawierających różne typy ZVI pod kątem ich skuteczności usuwania chlorowanych etanów i etenów. W trakcie długotrwałych testów kinetycznych badano: stężenie chlorowanych węglowodorów, pH, potencjał redoks i rezystywność. Ponadto zostały policzone stałe szybkości degradacji dla trzech chlorowanych etenów (PCE, TCE i cis-DCE) i stwierdzono, że proces elektrokinetyki wspomaga zerowartościowe żelazo w obniżaniu koncentracji chlorowanych węglowodorów. Nanożelazo na zerowym stopniu utlenienia STAR okazało się najbardziej efektywne w porównaniu do innych testowanych ZVI. Przeprowadzone badania mogą posłużyć do wstępnej oceny różnych dostępnych ZVI przed zastosowaniem in-situ.

Słowa kluczowe

EN

zero-valent iron; nano zero-valent iron; electro-activation; chlorinated aliphatics; remediation

PL

żelazo na zerowym stopniu utlenienia; nanożelazo na zerowym stopniu utlenienia; elektroaktywacja; węglowodory chlorowane; remediacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 4
• Strony: 577--587
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr., rys., tab.

Twórcy

autor

Wacławek S.

• Centre for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

autor

Nosek J.

• Centre for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

autor

Cádrová L.

• Centre for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

autor

Antoš V.

• Centre for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

autor

Černík M.

• Centre for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation, Technical University of Liberec, Studentská 1402/2, 461 17 Liberec 1, Czech Republic, phone [phone]

Bibliografia

• [1] Bard AJ, Parsons R, Jordan J. Standard Potentials in Aqueous Solution. New York: Marcel Dekker, Inc.; 1985.
• [2] Kim S, Park T, Lee W. Enhanced reductive dechlorination of tetrachloroethene by nano-sized mackinawite with cyanocobalamin in a highly alkaline condition. J Environ Manage. 2015;151:378-85. DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.01.004.
• [3] Kim JH, Tratnyek PG, Chang YS. Rapid dechlorination of polychlorinated dibenzo-p-dioxins by bimetallic and nanosized zerovalent iron. Environ Sci Technol. 2008;42:4106-4112. DOI: 10.1021/es702560k.
• [4] Kluyev N, Cheleptchikov A, Brodsky E, Soyfer V, Zhilnikov V. Reductive dechlorination of polychlorinated dibenzo-p-dioxins by zerovalent iron in subcritical water. Chemosphere. 2002;46:1293-1296. DOI: 10.1016/S0045-6535(01)00276-4.
• [5] Wang Z, Huang W, Peng P, Fennell DE. Rapid transformation of 1,2,3,4-TCDD by Pd/Fe catalysts. Chemosphere. 2010;78:147-151. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2009.09.066.
• [6] Elliott DW, Lien H-L, Zhang W-X. Degradation of lindane by zero-valent iron nanoparticles. J Environ Eng. 2009;135:317-24. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2009)135:5(317).
• [7] Klimkova S, Cernik M, Lacinova L, Filip J, Jancik D, Zboril R. Zero-valent iron nanoparticles in treatment of acid mine water from in-situ uranium leaching. Chemosphere. 2011;82:1178-84. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2010.11.075.
• [8] Li S, Wang W, Yan W, Zhang W. Nanoscale zero-valent iron (nZVI) for the treatment of concentrated Cu(II) wastewater: a field demonstration. Environ Sci: Processes Impacts. 2014;16:524-33. DOI: 10.1039/c3em00578j.
• [9] Gillham RW, O’Hannesin SF. Enhanced degradation of halogenated aliphatics by zero-valent iron. Ground Water. 1994;32:958-67. DOI: 10.1111/j.1745-6584.1994.tb00935.x.
• [10] Liang L, Korte N, Gu B, Puls R, Reeter C. Geochemical and microbial reactions affecting the long-term performance of in-situ ‘iron barriers’. Adv Environ Res. 2000;4:273-86. DOI: 10.1016/S1093-0191(00)00026-5.
• [11] Matheson LJ, Tratnyek PG. Reductive dehalogenation of chlorinated methanes by iron metal. Environ Sci Technol. 1994;28:2045-2045. DOI: 10.1021/es00061a012.
• [12] Arnold WA, Roberts AL. Pathways and kinetics of chlorinated ethylene and chlorinated acetylene reaction with Fe(0) particles. Environ Sci Technol. 2000;34:1794-805. DOI: 10.1021/es990884q.
• [13] Busch J, Meißner T, Potthoff A, Bleyl S, Georgi A, Mackenzie K, et al. A field investigation on transport of carbon-supported nanoscale zero-valent iron (nZVI) in groundwater. J Contam Hydrol. 2015;181:59-68. DOI: 10.1016/j.jconhyd.2015.03.009.
• [14] Fu F, Dionysiou DD, Liu H. The use of zero-valent iron for groundwater remediation and wastewater treatment: A review. J Hazard Mater. 2014;267:194-205. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2013.12.062.
• [15] Lv X, Hu Y, Tang J, Sheng T, Jiang G, Xu X. Effects of co-existing ions and natural organic matter on removal of chromium (VI) from aqueous solution by nanoscale zero valent iron (nZVI)-Fe3O4 nanocomposites. Chem Eng J. 2013;218:55-64. DOI: 10.1016/j.cej.2012.12.026.
• [16] Hwang Y, Salatas A, Mines PD, Jakobsen MH, Andersen HR. Graduated characterization method using a multi-well microplate for reducing reactivity of nanoscale zero valent iron materials. Appl Catal B. 2016;181:314-20. DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.07.041.
• [17] Fan D, Chen S, Johnson RL, Tratnyek PG. Field deployable chemical redox probe for quantitative characterization of carboxymethylcellulose modified nano zerovalent iron. Environ Sci Technol. 2015;49:10589-97. DOI: 10.1021/acs.est.5b02804.
• [18] Fan G, Cang L, Qin W, Zhou C, Gomes HI, Zhou D. Surfactants-enhanced electrokinetic transport of xanthan gum stabilized nanoPd/Fe for the remediation of PCBs contaminated soils. Sep Purif Technol. 2013;114:64-72. DOI: 10.1016/j.seppur.2013.04.030.
• [19] Gu C, Jia H, Li H, Teppen BJ, Boyd SA. Synthesis of highly reactive subnano-sized zero-valent iron using smectite clay templates. Environ Sci Technol. 2010;44:4258-4263. DOI: 10.1021/es903801r.
• [20] Wang W, Zhou M, Jin Z, Li T. Reactivity characteristics of poly(methyl methacrylate) coated nanoscale iron particles for trichloroethylene remediation. J Hazard Mater. 2010;173(1-3):724-730. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.08.145.
• [21] Huang YC, Cheng YW. Electrokinetic-enhanced nanoscale iron reactive barrier of trichloroethylene solubilized by Triton X-100 from groundwater. Electrochim Acta. 2012;86:177-184. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.03.048.
• [22] Wacławek S, Antoš V, Hrabák P, Černík M, Elliott D. Remediation of hexachlorocyclohexanes by electrochemically activated persulfates. Environ Sci Pollut Res. 2015;4:1-9. DOI: 10.1007/s11356-015-5312-y.
• [23] Hrabal J, Černík M, Nosek J. Způsob in-situ sanace horninového prostředí kontaminovaného škodlivými chemickými sloučeninami (In-situ remediation of localities contaminated with harmful chemical compounds). Patent: 304152, 2013.
• [24] http://www.nanoiron.cz/en/nanofer-25s
• [25] Virkutyte J, Sillanpää M, Latostenmaa P. Electrokinetic soil remediation - critical overview. Sci Total Environ. 2002;289:97-121. DOI: 10.1016/S0048-9697(01)01027-0.