Nekonvenční postupy odstraňování problematických polutantů z odpadních vod
S narůstajícím rozvojem průmyslu vzrůstá i množství problematických a nebezpečných chemikálií, které se v souvislosti s lidskou činností vyskytují ve vodách. Mezi ně lze zařadit i halogenované organické sloučeniny, které jsou široce používány jako léčiva, pesticidy či textilní barviva. Obecně jsou to látky biologicky aktivní, v životním prostředí obtížně odbouratelné, případně bioakumulativní. Od počátku 21. století je proto stále intenzivněji kladen důraz na odstraňování těchto znečišťujících látek (tzv. polutantů) z odpadních vod. Technologické procesy omezující přítomnost a vypouštění těchto polutantů do životního prostředí by měly současně splňovat podmínky co nejúčinnějšího čištění vod, a to za minimální cenu.
Práce Barbory Kamenické je zaměřena právě na vývoj a optimalizaci nových a ekonomicky přijatelných postupů odstraňování zmiňovaných problematických polutantů tak, aby v procesech čištění vod nebyly vytvářeny jiné odpady – tedy v duchu cirkulární ekonomiky.
Velmi často používanou metodou efektivního odstraňování studovaných polutantů z vod je využití adsorpce na aktivní uhlí, které je však poměrně drahým materiálem. Barbora Kamenická proto ověřila účinnou separaci vybraných halogenovaných organických sloučenin na výrazně levnější alternativní uhlíkatý adsorbent, jakým je tzv. biochar (biouhel) získávaný nízkoteplotní pyrolýzou z odpadní biomasy. Tento materiál připomíná dřevěné uhlí. Aby bylo dosaženo účinnosti čištění srovnatelné s drahým aktivním uhlím, Barbora Kamenická optimalizovala efektivní metodu impregnace biocharu pomocí levných a snadno dostupných tzv. iontových kapalin na bázi kvartérních amoniových solí. V rámci své vědecké práce popsala vztah mezi strukturou a separační schopností testovaných iontových kapalin. Barbora Kamenická prokázala, že uvedená separační metoda založená na současné aplikaci biocharu a iontových kapalin umožňuje efektivní a ekonomicky nenáročné řešení, jak v první řadě naložit s velkými objemy odpadních vod obsahujících nebezpečné chemikálie.
Poté, kdy dojde k úplnému opotřebení/vyčerpání adsorbentu, je nutné provést jeho regeneraci, která produkuje regenerovaný adsorbent, ale i na adsorbent původně zachycené halogenované organické sloučeniny. Tyto získané chemikálie v podobě vodných roztoků Barbora Kamenická v rámci dalšího výzkumu podrobila rozkladným chemickým procesům. Protože konvenční metody chemických rozkladů založených na oxidačních procesech vyžadují velké přebytky drahých oxidačních činidel, byla využita metoda redukční. Ta umožňuje snadnou přeměnu problematických halogenovaných sloučenin na produkty, které nejsou halogenované a jsou v životním prostředí snadno odbouratelné, a to i s využitím mikroorganismů v běžných čistírnách odpadních vod. Z porovnání několika redukčních systémů vyplývá, že největší schopnost přeměny halogenovaných sloučenin na biologicky snadno rozložitelné dehalogenované produkty vykazují systémy na bázi hliníkových slitin s ušlechtilým kovem (např. niklem nebo mědí) jako hydrodehalogenačním katalyzátorem. Tyto tzv. hydrodehalogenační reakce probíhají jen s malým přebytkem zmiňovaných slitin za laboratorní teploty a atmosférického tlaku v řádu několika hodin.
Protože možnosti zhodnocení a recyklace vznikajících odpadů v procesech čištění odpadních vod v duchu oběhového hospodářství je velmi důležitým pilířem těchto procesů, Barbora Kamenická navíc úspěšně ověřila jednoduchou regeneraci vyčerpaných adsorbentů pomocí iontových kapalin, regeneraci a opětovné využití použitých iontových kapalin pomocí chemické redukce či recyklaci deaktivovaného niklu používaného jako katalyzátor pro hydrodehalogenační reakce.
Celý výzkum, sestávající z uzavřeného cyklu na sebe navazujících kroků separace a degradace problematických halogenovaných polutantů z vod včetně recyklace v těchto procesech vznikajících odpadních proudů, umožnil vyvinout efektivní a ekonomicky přijatelný proces čištění odpadních vod disponující potenciálem využití v praxi.