nanoFLOW

 

Hintergrund

Wegen des gewaltigen Potentials, tief greifende Veränderungen in Industrie, Wirtschaft und Gesellschaft auszulösen wird die Nanotechnologie als neue Schlüsseltechnologie betrachtet. Die Chancen der Nanotechnologie werden ausgiebig diskutiert und erforscht. Bei der Diskussion über die damit verbunden Risiken bezüglich der Mobilität der Stoffe in der Umwelt ist man allerdings erst am Anfang. Bisher gibt es kaum Studien über die Freisetzung, Verbreitung und Mobilität von synthetischen Nanomaterialen in der Umwelt – insbesondere in der subterranen Umgebung- obwohl eine Reihe von Nanoprodukten seit Jahren im Alltag verwendet wird. So werden TiO2-Nanopartikel in Sonnencremes oder als Diffusionsschutzschicht bei PET-Flaschen und Lebensmittelverpackungen verwendet. Gleichzeitig ist aber auch bekannt, dass synthetische Nanopartikel zum Teil gesundheitsschädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper und die Umwelt haben. So können Nanopartikel beispielsweise relativ leicht Zellmembrane durchdringen und durch inhalative Aufnahme durch die Nase in das Riechzentrum des Gehirns vordringen und dort pathogen wirken. Die negative Auswirkung von Fullerenen (C60) auf das Gehirn wurde an Barschen nachgewiesen.

Ziele

Ziel des Vorhabens ist die Erforschung der Auswirkung synthetischer Nanopartikel auf die Umwelt. Im Fokus stehen das Verhalten und die Wirkung von Materialien sowie von Produkten mit funktionalen Nanomaterialien im Boden und im Grundwasser. Es werden Basistechniken und Standardtestverfahren zur Bestimmung relevanter Wirkmechanismen und –schwellen in Bezug auf die Mobilität von Nanomaterialien im ungesättigten, teil- und vollgesättigten Untergrund erarbeitet. Dabei wird die Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Untergrunds und der Wechselwirkung mit der Art der Nanopartikel sowie die Abhängigkeit der Partikelgröße untersucht.
Hierzu werden etablierte Labortestverfahren sowie Lysimeter aus der Ingenieur- und Hydrogeologie und angrenzenden Naturwissenschaften adaptiert und eingesetzt. Aus den Versuchsergebnissen werden Gesetzmäßigkeiten mit dem Fokus auf die Transporteigenschaften der eingesetzten Nanopartikel abgeleitet bzw. die Übertragbarkeit bestehender Transportgesetze des kolloidalen Transports in Abhängigkeit des Kompartiments untersucht bzw. geprüft. Die abgeleiteten Gesetzmäßigkeiten werden im nächsten Schritt in mathematische Modelle gefasst, um die Ausbreitung von synthetischen Nanopartikel im wassergesättigten und ungesättigten Untergrund zu prognostizieren und wissenschaftlich fundierte Risikoabschätzungen durchführen zu können. Weiterhin ist der Einfluss von synthetischen Nanopartikeln auf Böden und hier im Speziellen in Bezug auf die Bodenretention gegenüber Schadstoffen im Fokus der Untersuchung.

Methoden

Die Untersuchungen der Projektpartner finden an Proben mit gleicher Zusammensetzung statt, um die Ergebnisse der Einzeluntersuchungen zusammen führen zu können und so alle Einzelprozesse in einem mathematischen Modell zusammengefasst werden können. Als Materialien werden verschiedene inerte Materialien, Materialgemische und zwei einheimische Böden mit definierter mineralogischer Zusammensetzung eingesetzt. Im Weiteren werden Materialen mit steigender Reaktivität in Bezug auf Oberflächengröße und Oberflächenladung eingesetzt um die Grundlagen der Partikelmobilität auf solche Medien auszudehnen.
Als Partikel sind dispergierbare Fullerole (C60Hn) mit C-14 Signatur zur einfachen Konzentrationsbestimmung sowie Nanotubes (MWCNT’s), fluoreszierende Silicia-Partikel in unterschiedlichen Größen, Titandioxid-Partikel und Boehmit-Partikel ebenfalls mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen. Die Auswahl ist so getroffen, dass neben der Anwendungsrelevanz in Industrie und Technik auch ein gewisses Partikelgrößenspektrum untersucht wird. Die Analyse der Partikel erfolgt hauptsächlich mittels Fluss Feld-Fluss Fraktionierung (FFF). An weiteren Untersuchungsmethoden sind REM und TEM Aufnahmen sowie Messungen mittels Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) und Zetasizer-Messungen vorgesehen.