Detaljerad information för diarienr  2019-01190  
 
 
Ämnesområde:
Beslutsdat:  2019-11-21
Namn:
Wickman, Björn
Titel:  Docent
Kön:  Man
E-post: bjorn.wickman@chalmers.se
Univ./Institution: Chalmers tekniska högskola - Kemisk fysik
Projekttitel (sv): Reaktionsmekanism och hastighetsbestämmande steg i elektrokemiska legeringar för kvicksilverrening av vatten
Projekttitel (eng): Reaction mechanism and rate determining step in electrochemical alloy formation for decontamination of mercury from water
Värdhögskola:
SCB-klassificering: Den kondenserade materiens fysik, Annan fysik, Fysikalisk kemi
Beviljat (SEK):  
Beskrivning: Kvicksilverföroreningar i sjöar och vattendrag är ett stort miljöproblem i Sverige och i övriga världen. Kvicksilver är en tungmetall som ackumuleras i näringskedjan och är giftig för alla levande organismer. Även om det idag finns strikta regleringar gällande hanteringen av kvicksilver släpps det fortfarande ut kvicksilver från många industrier. Det finns mängder av platser som redan blivit förorenade och nedfallet av luftburet kvicksilver i Sverige från andra länder är stort. Det finns idag många områden i vår natur där mängden kvicksilver når giftiga koncentrationer. Ett välkänt problem är de höga halterna av kvicksilver i insjöfisk. Inom industri där kvicksilver används eller frigörs, t.ex. inom kemisk industri, gruvnäring, återvinning, rening och sanering finns ett stort behov av nya och bättre metoder för att rena vatten från kvicksilver.I det här projektet kommer vi att ta flera viktiga steg för att öka förståelsen och möjligheterna att fånga upp kvicksilver ur förorenat vatten. Metoden vi skall använda går ut på att med hjälp av elektrokemi bilda legeringar mellan kvicksilver och en stabil metall på ytan av en elektrod. Med en platinaelektrod är det möjligt att både fånga in kvicksilverjoner och binda dem i en mycket stabil elektrokemisk legering. När ett tjockt lager legering bildats kan processen omvändas och kvicksilvret deponeras i ett säkert förvar och elektroden kan regenereras och återanvändas. Den mest stabila legeringsformen av platina (Pt) och kvicksilver (Hg) är PtHg4, det betyder att för varje platinaatom som finns på elektroden kan fyra kvicksilveratomer fångas upp. Detta gör att kapaciteten för denna typ av rening är många gånger högre än för de filter eller membran som används idag.Experiment, både i välkontrollerade labbstudier men även i riktigt processvatten från ett antal industrier som är i behov av bättre rening av kvicksilver har visat att metoden kan eliminera mer än 99% av kvicksilvret i vattenlösningar. Även i kraftigt förorenade strömmar kan metoden minska halten kvicksilver till långt under gränsvärdet för dricksvatten, vilket är mellan 1 - 5 ppb (µg Hg/L). Vi publicerade nyligen de första resultaten från utvecklingen av tekniken som är patentsökt och grunden för ett startup-företag, Atium AB. Företaget har bildats för att kommersialisera tekniken. Det återstår dock flera viktiga praktiska och vetenskapliga frågor innan en färdig produkt kan nå marknaden.Det här projektet kommer att fokusera på reaktionsmekanismen och framförallt det hastighetsbestämmande steget i legeringsbildningen. Då legeringsbildningen är den process som driver reningen av kvicksilver i vatten så är det väldigt viktigt att förstå hur den går till, i detalj, för att kunna optimera reningen, inte slösa med platina samt att säkerställa att effektiviteten inte avtar med tid. För att åstadkomma detta kommer vi att tillverka välkontrollerade elektroder, med noggrann kontroll på antalet platinaatomer som läggs på elektroden och vilken struktur platinaytan har. Genom att följa upptaget av kvicksilver under reningsexperiment i välkontrollerade vattenlösningar kommer vi att kunna bestämma hastigheterna, kinetiken, för reaktionerna samt få indikationer på möjliga mekanismer. De experimentella resultaten kommer också att användas för att ta fram beräkningsmodeller baserade på kvantmekaniska beräkningar, där möjliga mekanismer och steg kan analyseras teoretiskt. Med ett iterativt arbete mellan experiment och teori kommer vi att kunna förstå och bestämma både reaktionsmekanismen och det hastighetsbestämmande steget i processen med hög noggrannhet.Tekniken har stor potential att kraftigt minska kostnaden för kvicksilverrening, möjliggöra bättre och mer effektiv rening än vad som är möjlig idag samt göra det möjligt att rena vatten som idag inte renas alls. Dessutom erbjuder tekniken en bättre hantering av det infångade kvicksilvret än dagen metoder, vilket gör det möjligt att ta hand om avfallet på ett mer hållbart sätt.Projektet kommer att ledas från avdelningen för Kemisk fysik på Chalmers tekniska högskola, men även involvera verksamhet vid avdelningen industriell materialåtervinning och Kompetenscentrum katalys (KCK). Verksamheten på Chalmers kommer dessutom att ske i nära samarbete med företaget Atium som har stor kunskap om kraven för praktisk rening av kvicksilver och kontakt och samarbeten med många potentiella slutanvändare.