Bengaluru, Forscher des Indian Institute of Science (IISc) haben eine auf Nanomaterialien basierende Lösung entwickelt, die das Vorhandensein von Schwermetallen wie Chrom im Grundwasser wirksam reduzieren kann.
Grundwasser ist im ganzen Land eine wesentliche Trinkwasserquelle. Allerdings stellt die Schwermetallbelastung im Grundwasser ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar, sagten sie.
Laut einer Erklärung des IISc gehören dem Team Forscher des Center for Sustainable Technologies (CST), des Department of Civil Engineering (CE) und des Department of Instrumentation and Applied Physics (IAP) an. Die Studie wurde im Journal of Water Process Engineering veröffentlicht.
Chrom gelangt typischerweise über Abwässer aus Industriezweigen wie Ledergerberei, Galvanisierung und Textilherstellung in den Boden und ins Grundwasser.
„Schwermetalle gelangen aufgrund der Urbanisierung und gewisser Misswirtschaft durch die Industrie in die Umwelt“, sagte Prathima Basavaraju, Doktorandin am CST und Hauptautorin der Studie.
„Die meisten aktuellen Methoden zur Entfernung von Schwermetallverunreinigungen basieren auf dem Abpumpen von Wasser aus dem Boden, gefolgt von der Reinigung durch chemische Fällung, Adsorption, Ionenaustausch und Umkehrosmose an einem anderen Ort. Das IISc-Team schlägt stattdessen eine Alternative vor Ort vor, die Dabei kommt es auf die Verwendung von Eisen-Nanopartikeln an, die die Schwermetalle beseitigen können“, hieß es.
„Wenn das Grundwasser kontaminiert ist, können wir diese Nanopartikel in den unterirdischen Grundwasserbereich injizieren, wo sie mit dem Chrom reagieren und es immobilisieren, was zu klarem Wasser führt“, erklärte Prathima.
„Die Gruppe versuchte zunächst, Nanopartikel zu synthetisieren, die aus nano-nullwertigem Eisen (nZVI) bestehen. Diese Form von Eisen kann mit der giftigen und krebserregenden Form von Chrom (Cr6+) reagieren und es in eine weniger schädliche Form (Cr3+) reduzieren, was wiederum.“ Das Team stellte jedoch bald fest, dass die nZVI-Partikel dazu neigen, zusammenzuklumpen, was ihre Anwendung einschränkt“, sagte das IISc.
Um eine Verklumpung zu verhindern, griff das Team auf Carboxymethylcellulose (CMC) zurück. „Wir haben nZVI modifiziert, indem wir es mit CMC beschichtet haben. Es bildet eine stabilisierende Schicht um nZVI, die einzelne Partikel trennt“, erklärte Prathima.
Laut IISc verlängerte die CMC-Beschichtung zusätzlich die Lebensdauer des Materials, indem sie die Oxidation des Eisenkerns verhinderte. Das Team steigerte außerdem die Reaktivität des CMC-nZVI, indem es es unter anoxischen Bedingungen schwefelhaltigen Verbindungen aussetzte. Dies ermöglichte die Bildung einer schützenden Eisensulfidschicht auf der Oberfläche, ein Prozess, der Sulfidierung genannt wird. Diese Modifikationen verbesserten die Stabilität des S-CMC-nZVI und behielten seine Reaktivität und Effizienz bei.
S-CMC-nZVI zeigte eine Effizienz von fast 99 Prozent bei der Cr6+-Entfernung unter verschiedenen Bedingungen wie unterschiedlichen pH-Werten und dem Vorhandensein anderer konkurrierender Ionen, die im Grundwasser vorkommen könnten. Das Team testete dieses verbesserte Nanomaterial unter Bedingungen, die die natürliche Umgebung von Grundwasserleitern nachahmen.
„Als sie kontaminiertes Wasser durch Sandsäulen pumpten, die das Nanomaterial enthielten, beobachteten sie eine starke Sanierungsaktivität. Es wurden auch Experimente an kontaminierten Böden und Sedimenten durchgeführt, bei denen nZVI zur Immobilisierung der Schwermetalle eingesetzt wurde. Experimente zur Ausweitung sind noch im Gange“, hieß es.
Die Autoren schlugen vor, dass S-CMC-nZVI ein vielversprechendes Material für die Sanierung von mit Chrom kontaminiertem Grundwasser vor Ort ist. „Orte wie der Bellandur-See [in Bengaluru] weisen viele kontaminierte Sedimente auf“, betonte GL Sivakumar Babu, Professor am CiE und CST und Co-Autor.
„Die entwickelte Technik kann sich auch bei der Sanierung von Schadstoffen wie Cadmium, Nickel und Chrom in kontaminierten Sedimenten des Bellandur-Sees als sehr nützlich erweisen“, sagte er.
Grundwasser ist im ganzen Land eine wesentliche Trinkwasserquelle. Allerdings stellt die Schwermetallbelastung im Grundwasser ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar, sagten sie.
Laut einer Erklärung des IISc gehören dem Team Forscher des Center for Sustainable Technologies (CST), des Department of Civil Engineering (CE) und des Department of Instrumentation and Applied Physics (IAP) an. Die Studie wurde im Journal of Water Process Engineering veröffentlicht.
Chrom gelangt typischerweise über Abwässer aus Industriezweigen wie Ledergerberei, Galvanisierung und Textilherstellung in den Boden und ins Grundwasser.
„Schwermetalle gelangen aufgrund der Urbanisierung und gewisser Misswirtschaft durch die Industrie in die Umwelt“, sagte Prathima Basavaraju, Doktorandin am CST und Hauptautorin der Studie.
„Die meisten aktuellen Methoden zur Entfernung von Schwermetallverunreinigungen basieren auf dem Abpumpen von Wasser aus dem Boden, gefolgt von der Reinigung durch chemische Fällung, Adsorption, Ionenaustausch und Umkehrosmose an einem anderen Ort. Das IISc-Team schlägt stattdessen eine Alternative vor Ort vor, die Dabei kommt es auf die Verwendung von Eisen-Nanopartikeln an, die die Schwermetalle beseitigen können“, hieß es.
„Wenn das Grundwasser kontaminiert ist, können wir diese Nanopartikel in den unterirdischen Grundwasserbereich injizieren, wo sie mit dem Chrom reagieren und es immobilisieren, was zu klarem Wasser führt“, erklärte Prathima.
„Die Gruppe versuchte zunächst, Nanopartikel zu synthetisieren, die aus nano-nullwertigem Eisen (nZVI) bestehen. Diese Form von Eisen kann mit der giftigen und krebserregenden Form von Chrom (Cr6+) reagieren und es in eine weniger schädliche Form (Cr3+) reduzieren, was wiederum.“ Das Team stellte jedoch bald fest, dass die nZVI-Partikel dazu neigen, zusammenzuklumpen, was ihre Anwendung einschränkt“, sagte das IISc.
Um eine Verklumpung zu verhindern, griff das Team auf Carboxymethylcellulose (CMC) zurück. „Wir haben nZVI modifiziert, indem wir es mit CMC beschichtet haben. Es bildet eine stabilisierende Schicht um nZVI, die einzelne Partikel trennt“, erklärte Prathima.
Laut IISc verlängerte die CMC-Beschichtung zusätzlich die Lebensdauer des Materials, indem sie die Oxidation des Eisenkerns verhinderte. Das Team steigerte außerdem die Reaktivität des CMC-nZVI, indem es es unter anoxischen Bedingungen schwefelhaltigen Verbindungen aussetzte. Dies ermöglichte die Bildung einer schützenden Eisensulfidschicht auf der Oberfläche, ein Prozess, der Sulfidierung genannt wird. Diese Modifikationen verbesserten die Stabilität des S-CMC-nZVI und behielten seine Reaktivität und Effizienz bei.
S-CMC-nZVI zeigte eine Effizienz von fast 99 Prozent bei der Cr6+-Entfernung unter verschiedenen Bedingungen wie unterschiedlichen pH-Werten und dem Vorhandensein anderer konkurrierender Ionen, die im Grundwasser vorkommen könnten. Das Team testete dieses verbesserte Nanomaterial unter Bedingungen, die die natürliche Umgebung von Grundwasserleitern nachahmen.
„Als sie kontaminiertes Wasser durch Sandsäulen pumpten, die das Nanomaterial enthielten, beobachteten sie eine starke Sanierungsaktivität. Es wurden auch Experimente an kontaminierten Böden und Sedimenten durchgeführt, bei denen nZVI zur Immobilisierung der Schwermetalle eingesetzt wurde. Experimente zur Ausweitung sind noch im Gange“, hieß es.
Die Autoren schlugen vor, dass S-CMC-nZVI ein vielversprechendes Material für die Sanierung von mit Chrom kontaminiertem Grundwasser vor Ort ist. „Orte wie der Bellandur-See [in Bengaluru] weisen viele kontaminierte Sedimente auf“, betonte GL Sivakumar Babu, Professor am CiE und CST und Co-Autor.
„Die entwickelte Technik kann sich auch bei der Sanierung von Schadstoffen wie Cadmium, Nickel und Chrom in kontaminierten Sedimenten des Bellandur-Sees als sehr nützlich erweisen“, sagte er.
