Hierro cerovalente

Término que denota hierro metálico, Fe(0), utilizado como barrera reactiva permeable en la remediación de sitios.

Diagrama de Venn que muestra la superposición entre ZVI y PRB

El hierro cerovalente (ZVI) es una jerga que describe formas de hierro metálico que se proponen para su uso en la remediación de aguas subterráneas . ^{[1] [2] [3] [4]}

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ZVI opera mediante transferencia de electrones desde Fe ⁰ hacia algunos compuestos organoclorados , una clase común de contaminantes. Se propone que el proceso de remediación genere Fe ²⁺ y Cl ⁻ y productos orgánicos libres de haluros, todos los cuales son relativamente inocuos. ^[5] Sin embargo, la tecnología no se ha implementado, a pesar de muchas pruebas de principio.

Tipo de ZVI

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• Fe a granel. El hierro fundido , que consiste en chatarra de calidad para la construcción, se ha utilizado como material reactivo para barreras reactivas permeables para la remediación de aguas subterráneas . Generalmente se cree que las reacciones ocurren en la superficie del Fe (óxido); sin embargo, se ha demostrado que las inclusiones de grafito también pueden servir como sitios de reacción. ^[6]
• Fe a nanoescala. Además de utilizar hierro a macroescala en PRB , las nanopartículas (de 1 a 100 nm de diámetro) de hierro cerovalente (nZVI) son efectivas. ^[2]
• zinc. El zinc ha mostrado una reactividad mucho mayor hacia el pentaclorofenol que el hierro. Esto indica que el zinc se puede utilizar como sustituto del ZVI en la decloración de fenoles clorados. Los fenoles clorados se decloran secuencialmente y, por lo tanto, se han identificado fenoles menos clorados como producto de reducción. ^[7]

Tipo de contaminantes tratados

Se han propuesto muchos tipos de contaminantes, pero se ha demostrado que pocos resuelven los desafíos ambientales.

• El cadmio (Cd ²⁺ ) se convierte en metal Cd inmóvil. ^[8]
• Las cloraminas se reducen eficazmente con ZVI. ^[9]
• La reducción de nitrato por el polvo de hierro se observa sólo a pH ≤4. ^[10] El amoníaco es el producto final. El producto es el uso de gas N _{2 de hierro a nanoescala.} ^[11]
• Los aromáticos nitrados se reducen con el hierro a granel. ^{[6] [12] [13]}
• Pesticidas clorados como DDT , DDD y DDE . Las tasas de decloración se ven reforzadas por el tensioactivo (Triton X-114). ^[14]

Otras lecturas

• Tratnyek, PG; MM Scherer ; TJ Johnson; Matheson, LJ (2003). Barreras reactivas permeables de hierro y otros metales cerovalentes. En: Tarr MA (ed.), Métodos de degradación química de desechos y contaminantes; Aplicaciones ambientales e industriales. Ciencias ambientales y control de la contaminación, Marcel Dekker, Nueva York, págs. 371–421. doi :10.1201/9780203912553.ch9

Notas

1. Fu, Fenglian; Dionysiou, Dionysios D.; Liu, Hong (2014). "El uso de hierro de valencia cero para la remediación de aguas subterráneas y el tratamiento de aguas residuales: una revisión". Diario de materiales peligrosos . 267 : 194-205. doi :10.1016/j.jhazmat.2013.12.062.
2. Li, Xiao-qin; Elliott, Daniel W.; Zhang, Wei-Xian (2006). "Nanopartículas de hierro de valencia cero para la reducción de contaminantes ambientales: aspectos de ingeniería y materiales". Revisiones críticas en ciencias de materiales y estado sólido . 31 (4): 111-122. Código Bib : 2006CRSSM..31..111L. doi :10.1080/10408430601057611. S2CID  4834565.
3. Stefaniuk, Magdalena; Oleszczuk, Patryk; Vale, Yong Sik (2016). "Revisión sobre el hierro nanovalente cero (NZVI): de la síntesis a las aplicaciones ambientales". Revista de Ingeniería Química . 287 : 618–632. doi :10.1016/j.cej.2015.11.046.
4. Gillham, Robert, John Vogan, Lai Gui, Michael Duchene y Jennifer Son. "Paredes de barrera de hierro para la remediación con solventes clorados".Remediación in situ de columnas de disolventes clorados. Ed. Hans F. Stroo y C. Herb Ward. Nueva York, NY: Springer Science+Business Media, 2010.
5. Tratnyek, Paul y Rick Johnson. "Remediación con Hierro Metal". Centro de Investigación de Aguas Subterráneas. Universidad de Ciencias y Salud de Oregón, 4 de febrero de 2005.
6. Jafarpour, B.; Imhoff, PT; Chiú. PC 2005. Cuantificación y modelado de la reducción de 2,4-dinitrotolueno con alta pureza y hierro fundido. Revista de hidrología contaminante. 76(1-2): 87-107. doi :10.1016/j.jconhyd.2004.08.001
7. Kim, YH; Carraway, ER 2003. Decloración de fenoles clorados mediante zinc cerovalente. Tecnología Ambiental. 24(12): 1455-1463. doi :10.1080/09593330309385690
8. Boparai, Hardiljeet K.; José, Meera; o'Carroll, Denis M. (2011). "Cinética y termodinámica de la eliminación de iones cadmio mediante adsorción en nanopartículas de hierro cerovalente". Diario de materiales peligrosos . 186 (1): 458–465. doi :10.1016/j.jhazmat.2010.11.029. PMID  21130566.
9. Bedner, M.; WA MacCrehan; GR Helz. 2004. Hacer que el cloro sea más ecológico: investigación de alternativas al sulfito para la decloración. Investigación del agua. 38(10): 2505-2514. doi :10.1016/j.waters.2004.03.010
10. Huang, C.; Wang, H.; Chiu, P. 1998. Reducción de nitratos mediante hierro metálico. Investigación del agua. 32(8): 2257-2264. doi :10.1016/S0043-1354(97)00464-8
11. Choe, S.; Chang, Y.; Hwang, K.; Khim, J. 1999. Cinética de la desnitrificación reductiva mediante hierro cerovalente a nanoescala. Quimiosfera. 41(8): 1307-1311. doi :10.1016/S0045-6535(99)00506-8
12. Mahood, SA; Schaffner\doi=10.15227/orgsyn.011.0032, PVL (1931). "2,4-Diaminotolueno". Síntesis orgánicas . 11 : 32.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
13. "O-aminobenzaldehído, formación de aminal neutro redox y síntesis de desoxivasicinona". Síntesis orgánicas . 89 : 274. 2012. doi : 10.15227/orgsyn.089.0274 .
14. Sayles, GD; usted, G.; Wang, M.; Kupferle, MJ 1997. Decloración de DDT, DDD y DDE mediante hierro cerovalente. Ciencia y tecnología ambientales. 31(12): 3448-3454. doi :10.1021/es9701669