Sunkiųjų metalų imobilizavimo dirvožemyje naudojant nulinio valentingumo geležies nanodaleles tyrimai ir stabilumo vertinimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamas nulinio valentingumo geležies (Fe (0)) nanodalelių pritaikymo imobilizuojant sunkiuosius metalus dirvožemyje procesas. Tyrimų objektas – arseno, kadmio, chromo, vario, švino, nikelio ir cinko imobilizavimas dirvožemiuose naudojant Fe (0) nanodaleles. Disertacijos tikslas – naudojant skirtingus ekstrakcijos metodus, įvertinti Fe (0) nanodalelių panaudojimo galimybes imobilizuojant arseną, kadmį, chromą, varį, nikelį, šviną ir cinką dirvožemiuose. Darbo tikslui įgyvendinti buvo išsikelti 5 uždaviniai. Pirmuoju uždaviniu buvo siekiama teoriškai ištirti sunkiųjų metalų imobilizavimo dirvožemyje priklausomybes nuo tirpalų pH. Antruoju ir trečiuoju uždaviniais buvo siekiama eksperimentiškai ištirti ir įvertinti sunkiųjų metalų imobilizavimą dirvožemiuose naudojant Fe (0) nanodaleles ir nustatyti, kokią įtaką sunkiųjų metalų stabilumui dirvožemyje turi Fe (0) nanodalelių sendinimas. Ketvirtuoju uždaviniu buvo siekiama pagerinti sunkiųjų metalų imobilizavimą į dirvožemį pakopiškai pridedant kalcio karbonato ir Fe (0) nanodalelių. Penktasis uždavinys buvo skirtas sunkiųjų metalų imobilizavimo dirvožemiuose modeliavimo tyrimams atlikti. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, rekomendacijos, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvadiniame skyriuje apžvelgiama tiriamoji problema, pristatomas darbo aktualumas bei tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, nurodomas mokslinis darbo naujumas, įvardijama praktinė darbo rezultatų reikšmė ir pateikiami ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema paskelbtos autoriaus publikacijos ir disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje yra nagrinėjamos Fe (0) nanodalelės, jų savybės, reakcijos su sunkiaisiais metalais, apžvelgiami kitų autorių atlikti darbai. Antrajame skyriuje aprašomos dirvožemių savybių nustatymo metodikos ir sunkiųjų metalų imobilizavimo dirvožemiuose teorinių ir eksperimentinių tyrimų metodikos. Trečiajame skyriuje pateikiami teorinių ir eksperimentinių tyrimų rezultatai ir jų analizė: įvertinama Fe (0) nanodalelių įtaka sunkiųjų metalų mobilumui skirtinguose dirvožemiuose bei įvertinamas ilgalaikis sunkiųjų metalų stabilumas. Disertacijos tema yra publikuoti 6 moksliniai straipsniai: 3 – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science sąrašą, 2 – Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazės Conference Proceedings leidiniuose, 1 – recenzuojamame mokslo žurnale, referuojamame kitose duomenų bazėse. Gautas Lietuvos Respublikos patentas. Disertacijos tema konferencijose Lietuvoje ir užsienyje perskaityti 6 pranešimai.

The dissertation deals with the application of zerovalent iron (Fe(0)) nanoparticles for immobilization of heavy metals in soil. The main object of the research was the immobilization of arsenic, cadmium, chromium, copper, lead, nickel, and zinc in soils using Fe(0) nanoparticles. The purpose of this dissertation was to evaluate the possibilities of application of Fe(0) nanoparticles for immobilization of arsenic, cadmium, chromium, copper, nickel, lead, and zinc in soils by using different extraction methods. The thesis approaches five tasks. The first task aimed to theoretically investigate the dependence of the immobilization of heavy metals on pH. The second and third tasks aimed to investigate and assess the immobilization of heavy metals in soils using Fe(0) nanoparticles and to determine the effect of ageing of Fe(0) nanoparticles on the stability of heavy metals. The fourth task aimed to improve the efficiency of heavy metal immobilization using Fe(0) nanoparticles by adding calcium carbonate to the soil. The fifth task aimed to perform modeling study of heavy metal immobilization in soils. The dissertation consists of introduction, 3 chapters, general conclusions, recommendations, references and a list of scientific publications by the author on the topic of the dissertation. The introduction discusses the research problem, the relevance of the thesis, the object of the research, formulates the aim and tasks, describes the research methodology, scientific novelty of the thesis, the practical value and defended statements. At the end of the introduction, the authorʼs publications on the topic of the dissertation and the structure of the dissertation are provided. The first chapter provides an overview of Fe(0) nanoparticles, their properties, reactions with heavy metals, the works carried out by other scientists. The second chapter presents the methodologies for soil properties determination, theoretical and experimental research of heavy metal immobilization in soils. The third chapter presents the results and discussion of theoretical and experimental research: the decrease of heavy metal mobility in different soils, the influence of ageing of Fe(0) nanoparticles on the stability of immobilised heavy metals. 6 publications focusing on the subject of the dissertation were published: 3 articles – in scientific journals included in the Clarivative Analytics Web of Science database, 2 – in conference proceedings, 1 – in journal listed in other international database. 1 patent of the Republic of Lithuania was granted. 6 presentations on the subject of the dissertation have been presented in Lithuania and other countries.