uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Fate and Transport of Nano-TiO2 in Saturated Porous Media: Effect of pH, Ionic Strength and Flow Rate
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Transport och retention av nano-TiO2 i mättade porösa medier: effekter av pH, jonstyrka och strömningshastighet (Swedish)
Abstract [en]

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.

Abstract [sv]

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.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 24 p.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 312
Keyword [en]
Nanoparticles, TiO2, saturated porous media, transport, DLVO theory
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-252835OAI: oai:DiVA.org:uu-252835DiVA: diva2:811739
Educational program
Master Programme in Earth Science
Presentation
2015-01-20, Luftrummet, Villavägen 16, Uppsala, 09:43 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-05-13 Created: 2015-05-13 Last updated: 2015-05-13Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(936 kB)320 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 936 kBChecksum SHA-512
74b5ddcfdf34c837ed53958a90097bac03205189157b4cdd116d67f4a8ab19ad3cb93e5ad87483a4ae8e38b39805b0b685199cabaf61d6271c9bebe661911722
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Earth Sciences
Oceanography, Hydrology, Water Resources

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 320 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 524 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf