Titanium dioxide nanoparticles are widely used in a variety of products, such as pigments, paints, paper, plastics, cosmetics, nano-fibers, food coloring and photovoltaic cells, and the industry is growing at anexponential rate. It is believed that by 2025, 2.5 million tons of nano-TiO2 will be manufactured annually. Thus far, there has been very little research in the environmental impact of nano-TiO2. There is a need to understand the fate and transport of nanoTiO2 to mitigate their effect on human health, the ecosystems and the environment in general. The aim of this study was to investigate the impact of pH, flow rate and ionic strength on the deposition of nano-TiO2 in a saturated porous media (sand). Nano-TiO2 formed aggregates in solutions that had a pH near the point of zero charge for TiO2, which is at approximately pH 6.2 for TiO2. The formed aggregates showed very little mobility due to site blocking in the pores of the sandy medium, whereas at pH 7.5, the solutions’ concentration was more stable than at pH 6.3 and more mobile up to 10 mM. Above 10 mM, a decrease in mobility, due to reduction in repulsive energy interaction between the medium and the nanoparticles could be observed. Flow rate had also a marked effect on the deposition, i.e., the slower the flow rate, the higher on deposition, because of an increase in attachment efficiency. To verify the experimental results, a finite element solution of the reactive transport equation in one dimension was used to compare the fit between observed and simulated results. The model was run in inverse mode, to determine unknown parameter values such as dispersivity and detachment rate. In general, it was possible to obtain a good fit to theexperimental BTCs. / Nanopartiklar av titaniumdioxid används allmänt i en mängd olika produkter, såsom pigment, färger,papper, plast, kosmetika, nanofibrer, matfärgläggning, och solceller. Branschen växer explosionsartat.Man tror att år 2025 kommer 2,5 miljoner ton nano-TiO2 tillverkas årligen. Hittills har väldigt lite forskning gjorts på området nano-TiO2. Det finns ett behov av att förstå transportprocesser och vad som händer med nanoTiO2 i miljön för att bla kunna mildra effekter av dessa partiklar på människors hälsa, ekologi och miljö. Syftet med denna studie var att undersöka effekten av pH, flöde och jonstyrka (IS) på transporten av nano - TiO2 i vattenmättade porösa medier (sand). Nano - TiO2 bildade aggregat i lösningar som hade ett pH nära pH(PZC), pH(PZC) är pH-värdet vid vilket laddningen är noll, ungefär pH 6,2 för TiO2. Vid pH 6,3 visade nano partiklarna mycket liten rörlighet på grund av fysisk igentäppning i porerna av sandmediet, medan vid pH 7,5 var lösningens koncentration mer stabil och partiklarna mer mobila upp till en jonstyrka på 10 mM. Över 10 mM, observerades en minskning i rörlighet, på grund av minskad repellerande energi mellan mediet och nano partiklarna.Flödeshastighet hade också en markant inverkan på retentionen av partiklar i kolonnen, ju långsammare flöde, desto större retention, på grund av mer gynnsamma förhållande för fastläggning av partiklar till mediet. För att verifiera de experimentella resultaten och jämföra observerade och simulerade resultat användes en lösning med finita-elementmetoden av den reaktiva transportekvationen i en dimension. Inversmodellering gjordes för att ta reda på okända parametervärden såsom dispersivitet och fastläggning. Det var i allmänhet möjligt att uppnå god överensstämmelse mellan observerade ochexperimentella genombrottskurvor.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-252835 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Mengestab, Tsegay |
| Publisher | Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, 1650-6553 ; 312 |
Page generated in 0.0023 seconds