Tilbake til søkeresultatene

MILJØFORSK-Miljøforskning for en grønn samfunnsomstilling

Sorption to engineered nanomaterials and its impact on the bioavailability/toxicity of fossil fuel-derived hydrocarbons to aquatic organisms

Tildelt: kr 7,6 mill.

Prosjektets målsetning er å øke forståelsen for hvordan karbon nanomaterialer (CNM; karbon-nanorør og fullerener) oppfører seg i ferskvann, og hvordan de reagerer med og påvirker andre typer forurensninger slik som polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH). Deres skjebne i miljøet (suspensjon og stabilitet) har blitt studert ved hjelp av karbon-nanorør (CNT) med ulike fysiske (antall vegger, lengde og diameter) og kjemiske (overflatekjemi) egenskaper, samt fullerener (nC60). I tillegg har effekten av naturlig organisk materiale (NOM) på transport og oppførsel av CNM i miljøet blitt undersøkt. Økotoksikologiske tester, basert på OECD retningslinjer, har blitt utviklet for ferskvannsystem inneholdende organiske forurensninger, NOM og CNT. Adsorpsjon av PAH til CNT, og påfølgende økotoksikologiske effekter har blitt evaluert. Fem typer CNT med ulike fysiske og kjemiske egenskaper ble karakterisert med hensyn på form, størrelse, renhet, overflatekjemi, spesifikt overflateareal (SSA) og kjemisk sammensetning. Oppførselen (konsentrasjon i suspensjoner og stabilitet) til CNT ble undersøkt i tre ulike vekstmedier, med og uten Suwannee River NOM (SR-NOM). Polare funksjonelle grupper økte suspensjon og stabilitet av CNTs, mens høyt SSA hadde negative effekt. SR-NOM førte til økt suspensjon og stabilitet av alle typer CNT, men oppførselen varierte i de ulike typene vekstmedier testet. Adsorpsjon av fenantren til CNT ble testet ved ulike konsentrasjoner av fenantren i vekstmediet for alger inneholdende SR-NOM. Høyt SSA førte til økt adsorpsjon, mens polare funksjonelle grupper reduserte adsorpsjon. Adsorpsjon ble beskrevet ved hjelp av Dubinin-Ashtakhov modell. Effekten av miljøfaktorer (NOM, salinitet, pH) på adsorpsjon av fenantren til CNM (CNT og nC60) ble evaluert. Effekten av SR-NOM på CNM-bundet og løst fraksjon av fenantren, både med og uten blanding av CNM og NOM før tilsats av fenantren, ble undersøkt. Adsorpsjon av SR-NOM til CNM førte til redusert SSA, og tilsvarende reduksjon i adsorbert fenantren. Konsentrasjon av fenantren i vannfasen (ubundet, løst fenantren) ble redusert med økte konsentrasjoner av SR-NOM og CNM. Endringer i pH og salinitet hadde i motsetning liten effekt på adsorpsjon av fenantren til CNM. Ulike molekylvekt-fraksjoner (Mf) av SR-NOM ble grundig karakterisert og deres effekt på aggregering av nC60 i ulike konsentrasjoner av monovalente og divalente elektrolyttløsninger, ble studert. Aromatiske strukturer var dominerende ved høye Mf-SRNOM mens høyere innhold av karboksylgrupper ble observert vad lave Mf-SRNOM. Ved lave elektrolyttkonsentrasjoner gav SRNOM>100kD (1mg L-1 som karbon) signifikant økt stabilitet av nC60 sammenlignet med andre Mf-SRNOM. Ved høye elektrolyttkonsentrasjoner var stabilitet av nC60 positivt korrelert til molekylvekt hos Mf-SRNOM i NaCl. I CaCl2 og MgCl2 ble for øvrig økt aggregering observert i noen løsninger, særlig ved høy Mf-SRNOM, på grunn av binding mellom divalent CaCl2 og MgCl2, og Mf-SRNOM. Generelt hadde høy Mf-SRNOM signifikant forskjellig effekt på nC60 aggregering enn lav Mf-SRNOM. Biotilgjengelighet og toksisitet av fenantren i CNT dispersjoner inneholdende SR-NOM ble evaluert ved bruk av ferskvannsalgen Pseudokirchneriella subcapitata og vannloppen Daphnia magna. Ingen av de fem CNT testet var toksisk for de to organismene. Adsorpsjon av fenantren til MWCNT reduserte ikke biotilgjengeligheten til P. subcapitata for MWCNT, da mesteparten av adsorbert fenantren viste seg å forbli biotilgjengelig. Ved 10x lavere konsentrasjon av SWCNT enn MWCNT-COOH, ble en høyere effekt på fenantren toksisitet til alger observert for SWCNT, noe som viser at CNT SSA og overflatekjemi er av betydning. Biotilgjengelighet av fenantren til D. magna ble svakt redusert på grunn av adsorpsjon til enkelte typer CNT, men enn betydelig del av adsorbert fenantren forble biotilgjengelig. Mikroskopibilder viste at direkte kontakt (P. subcapitata) og beiting (D. magna) tilbyr alternative ruter for opptak og toksisitet når fenantren adsorberes til CNT. Biotilgjengelighet og toksisitet av fenantren i suspensjoner av nC60 ble også evaluert med karpe (Cyprinus carpio). Partikler av nC60 var hovedsakelig distribuert i lever og tarmer, noe som indikerer at opptak foregikk hovedsakelig ved beiting. Mellom 22-100% av fenantren-nC60 komplekset bidro til bioakkumulering av fenantren, men komplekset bidro ikke til toksisitet.

The research project is focused on generating new knowledge about the interaction and potential impacts of engineered nanoparticles (ENPs) with pollutant petroleum-derived compounds present in aqueous environments. This project will study the commercially and scientifically important silver and fullerene ENPs. As part of this project a physico-chemical characterisation scheme will be implemented that is relevant for ENPs released into aquatic environments. Importantly, the project will investigate how am bient aqueous environmental conditions (e.g. natural organic matter, salinity/ionic strength, pH and temperature) affect both the physico-chemical properties of the nanoparticles (e.g. aggregation) and their adsorption of crude oil compounds. An assessmen t of how these parameters affect the concentration and distribution of crude oil compounds adsorbed to the tested ENPs will also be conducted. The studies will use zooplankton and fish species to study the bioavailability and ecotoxicity of crude oil com ponents adsorbed to ENPs. ENPs with crude oil compounds adsorbed to them will be exposed to organisms and acute toxicity endpoints determined. In addition, the zooplankton and fish species will be used to study uptake and trophic transfer of both petrole um compounds and ENPs by aquatic organisms. Zooplankton will be exposed to a mixture of nanoparticles and dissolved petroleum compounds and then subsequently exposed to fish in order to assess transfer potential. The findings of these studies will be dire ctly relevant to the environmental fate and effects other types of engineered nanoparticles and organic aquatic pollutants.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

MILJØFORSK-Miljøforskning for en grønn samfunnsomstilling