Engineered nanomaterials (ENM) such as nano-sized cerium dioxide (CeO2) are increasingly applied. Meanwhile, concerns on their environmental fate are rising. Understanding the fate of ENM within and between environmental compartments such as surface water and groundwater is crucial for the protection of drinking water resources. Therefore, the colloidal stability of CeO2 ENM (2 mg L-1) was assessed with various surface coatings featuring different physico-chemical properties such as weakly anionic polyvinyl alcohol (PVA), strongly anionic polyacrylic acid (PAA) or complex natural organic matter (NOM) at various water compositions in batch experiments (pH 2 - 12, ionic strength 0-5 mM KCl or CaCl2). While uncoated CeO2 ENM aggregate in the range of pH 4-8 in 1 mM KCl solution, the results show that PAA, PVA and NOM surface coatings stabilize CeO2-ENM at neutral and alkaline pH in 1 mM KCl solution. Stabilization by PAA and NOM is associated with strongly negative zeta potentials below -20 mV, suggesting electrostatic repulsion as stabilization mechanism. No aggregation was detected up to 5 mM KCl for PAA- and NOM-coated CeO2 ENM. In contrast, CaCl2 induced aggregation at >2.2 mM CaCl2 for PAA and NOM-coated CeO2 ENM respectively. PVA-coated ENM showed zeta potentials of -15 mV to -5 mV in the presence of 0-5 mM ionic strength, suggesting steric effects as stabilization mechanism. The hydrodynamic diameter of PVA-coated ENM was larger compared to PAA and NOM at low ionic strength, but the size did not increase with ionic strength of the suspensions. The effect of ionic strength and counter ion valency (pH 7) on the colloidal stability of ENM depends on the prevailing stabilization mechanism of the organic coating. NOM can be similarly effective in colloidal stabilization of CeO2-ENM as PAA. Our results suggest natural Ca-rich waters will lead to ENM agglomeration even of coated CeO2-ENM. © 2018 The Authors. Published by Elsevier B.V.
Redox conditions are known to affect the fate of viruses in porous media. Several studies report the relevance of colloid-facilitated virus transport in the subsurface, but detailed studies on the effect of anoxic conditions on virus retention in natural sediments are still missing. Therefore, we investigated the fate of viruses in natural flood plain sediments with different sesquioxide contents under anoxic conditions by considering sorption to the solid phase, sorption to mobilized colloids, and inactivation in the aqueous phase. Batch experiments were conducted under oxic and anoxic conditions at pH values between 5.1 and 7.6, using bacteriophages MS2 and PhiX174 as model viruses. In addition to free and colloid-associated bacteriophages, dissolved and colloidal concentrations of Fe, Al and organic C as well as dissolved Ca were determined. Results showed that regardless of redox conditions, bacteriophages did not adsorb to mobilized colloids, even under favourable charge conditions. Under anoxic conditions, attenuation of bacteriophages was dominated by sorption over inactivation, with MS2 showing a higher degree of sorption than PhiX174. Inactivation in water was low under anoxic conditions for both bacteriophages with about one log10decrease in concentration during 16 h. Increased Fe/Al concentrations and a low organic carbon content of the sediment led to enhanced bacteriophage removal under anoxic conditions. However, even in the presence of sufficient Fe/A-(hydr)oxides on the solid phase, bacteriophage sorption was low. We presume that organic matter may limit the potential retention of sesquioxides in anoxic sediments and should thus be considered for the risk assessment of virus breakthrough in the subsurface.Copyright © 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
Das Projekt "Leitende Polymermembranen zur selektiven Trennung und Foulingreduktion; Einfluss des Oberflächenpotentials von leitfähigen Polymermembranen (ZETA-Membran) auf das Fouling- und Trennverhalten in der Wasseraufbereitung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Wasserressourcen und Wasserversorgung B-11 durchgeführt. Problemstellung: Membranfiltrationsverfahren erlebten in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei Hochdruckfiltrationsverfahren wie der Nanofiltration kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling. Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (größtenteils Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären. Vorgehensweise: Mittels ionengestützter Beschichtung, Plasma Immersions Ionenimplantation und Beschichtung (PBII&D) genannt, wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in verschiedenen wässrigen Lösungen durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 1,5 V bis 1,5 V) auf das resultierende Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden mit bekannten Transportmodellen (elektrokinetische Modelle) verglichen und ggf. werden Modellanpassungen durchgeführt. Diese Erkenntnisse werden dazu genutzt, ein Modell zu erstellen, das zur Simulation des Trennverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen genutzt werden kann. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten 'potentialgesteuerten Funktionalisierung' von Membranoberflächen eingesetzt werden.
Das Projekt "Pflanze am Beispiel TiO2, CeO2, MWCNT und Quantum dots" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vita 34 AG durchgeführt. In den letzten Jahren beschäftigten sich eine Vielzahl von Veröffentlichungen mit der Thematik 'Nanopartikel' und deren Auswirkungen auf die Umwelt. Nanopartikel, freigesetzt aus industriellen bzw. im Haushalt genutzten Nanomaterialien, gelangen durch Anwendung, Verschleiß bzw. Abfallentsorgung in die Abwässer und Klärschlämme der Wasseraufbereitung. Ziel des Projektes ist es, den Verbleib von Nanopartikeln in Abwasserkläranlagen zu untersuchen und explizit die mögliche Aufnahme von Nanopartikeln aus Klärschlammen über den Bodenpfad in die Pflanze zu untersuchen. Vita 34 übernimmt vorwiegend die Entwicklung, Planung und Durchführung der Laborversuche mit Pflanzen. Insgesamt werden jeweils vier Pflanzenarten aus dem Bereich der Nahrungsmittel- und Nutzpflanzen untersucht. Dazu zählen Radieschen, Feldsalat, Sonnenblume und das deutsche Weidelgras. Für die Untersuchungen werden zwei Testsysteme verwendet. Im ersten Ansatz wird die Aufnahme von radiomarkierten Nanopartikel (TiO2 und CeO2) über die wässrige Phase (Leitungswasser, synthetisches und vorgeklärtes Abwasser) betrachtet. Die Radiomarkierung erlaubt es in geringen (umweltrelevanten) Konzentrationen zu arbeiten. In der Pflanze können so die Aufnahmewege und die Ort der Ablagerung besser verdeutlicht werden. Die wässrige Phase erlaubt es außerdem die Aufnahme ohne Wechselwirkung mit Bodenpartikeln abzubilden. Im zweiten Ansatz wird die Aufnahme aus natürlichen Bodenmatrizes nachgebildet. Topfversuche zeigen die Aufnahme der Nanopartikel aus dem Boden bzw. Bodenporenwasser in die Pflanze. Als Kontrolle wird der Ansatz vorerst ohne Klärschlamm untersucht. Anschließend wird Nanopartikel dotierter Klärschlamm beigefügt. In beiden Ansätzen werden ausgewählte Parameter (pH, Zeta-Potential, Leitfähigkeit, Partikelgröße, org. Gehalt, u.a.) ermittelt, um die Agglomerationseigenschaften der Nanopartikel abbilden und verstehen zu können. Die Synthese von radiomarkierten Nanopartikeln und der Nachweis in den verschiedenen Matrizes wird bei unserem Partner, dem HZDR, realisiert und unter Strahlenschutzbedingungen statt finden. Aus den Ergebnissen wird eine systematische Bewertung von möglichen Umweltgefährdungen ausgehend von Nanopartikel entlang des Wirkungspfades Klärschlamm - Boden - Pflanze erstellt. Standartarbeitsanweisungen, Richtlinien bzw. Konzepte sowohl für die landwirtschaftliche Praxis als auch Vorschläge für eine potentielle Phytosanierung werden ausgearbeitet.
Das Projekt "Entwicklung eines Steuermoduls für die Fällungs- und Flockungsmitteldosierung auf Basis des Zeta-Potenzials für den Bereich der industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Abfall, Abwasser und Infrastruktur-Management GmbH durchgeführt. Grundlagenermittlung sowie Durchführung von Laborversuchen und halbtechnischen Untersuchungen an Pilotanlagen
Das Projekt "Sub project: Mechanisms of alteration of basaltic and rhyolitic glasses considering solution chemistry and passivating properties of palagonite - a case study on ICDP drilling sites Hawaii and Snake River Plain" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Mineralogie durchgeführt. Alteration layers on basaltic and rhyolitic glasses are common in volcanic rocks. Such layers denoted as palagonite have strong influence on transformation of glasses to crystalline phases and reactions of glasses with other rock components or fluids, the latter being of great importance for element release. In particular palagonite may act as diffusion barrier that slows down or even inhibit glass alteration. The effect of such a barrier may change over time due to polymerization and precipitation reactions which affect porosity and permeability. Microorganisms forming pits and tubes in basaltic glass surfaces may provide routes in palagonite which enhance abiotic glass alteration too. Findings on porosity and nonequilibrium textures in alteration layers, and a new model on an interface-coupled dissolution reprecipitation mechanism encouraged us to use altered glass samples in combination with experimental work to determine the relationship between glass alteration and palagonite properties, in particular effects of porosity of layers and solution chemistry on glass weathering rate. Chemically different basaltic and rhyolitic glasses available from ICDP drilling cores Hawaii and Snake River Plain exposed to saline and different fresh waters at temperatures allowing microbial colonization will be included. Our planned research involves (i) a petrographical investigation of glass alteration with focus on texture, (ii) the characterization of pore systems using N2-adsorption, Hg-porosimetry, impregnation with a molten alloy and various microscopic techniques, (iii) an experimental study of transport in pore spaces, (iv) determination of ionic effects on glass dissolution traced by zeta-potential and element release rates considering biochemical factors, and (v) fluid-glass experiments at conditions relevant to the drilling sites. Knowledge of these interactions is needed to understand and predict interdependencies of palagonite formation, glass alteration rates, solution composition and biochemical factors.
Das Projekt "GEF 10-120 Low-Fouling und Chlor-resistente Umkehrosmose-Membranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Teilinstitut Makromolekulare Chemie durchgeführt. In diesem Projekt sollen neuartige Umkehrosmosemembranen für die Trinkwasseraufbereitung entwickelt werden, die im Vergleich zum Stand der Technik eine verbesserte Chlorresistenz und ein verbessertes Foulingverhalten aufweisen sowie eine vereinfachte Reinigung erlauben. Auf eine UF-Stützmembran aus sulfoniertem Polysulfon, wird eine trennaktive Schicht aus Polyamid oder Polysulfonamid/imid durch Grenzphasenpolykendensation aufgebracht. Die Low-Foulingeigenschaften werden durch direkten Einbau hydrophiler Amin-funktionalisierter Polymere (Poly(ethylenimin), Amin-terminiertes PEG, hochverzeigte amin-terminierte Polymere) in die trennaktive Schicht oder durch nachträgliche Oberflächenfunktionalisierung mit diesen Polymeren durch Nutzung der überschüssigen Säurechloridfunktionalitäten erhalten. Zur weiteren Unterstützung der Low-Foulingeigenschaften werden die hochverzeigten Polymere mit metallischen Nanopartikeln dotiert. Die hergestellten und modifizierten Membranen werden hinsichtlich Permeatfluss, Salzrückhaltung und Fouling charakterisiert. Es werden die Oberflächeneigenschaften wie Benetzung (Kontaktwinkel) und Ladung (Zeta-Pot.) sowie die Oberflächentopologie (AFM) bestimmt.
Das Projekt "Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silber-Nanomaterialien - vom chemischen Partikel bis zum technischen Produkt - UMSICHT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Verfahrens- und Umwelttechnik, Arbeitsgruppe für Mechanische Verfahrenstechnik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Vorhabens ist es, für Silbernanopartikel (Ag-NP) grundlegende Daten zu Verhalten, Verbleib und Wirkung in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen zu erarbeiten sowie unter Berücksichtigung der Vorgehensweise nach REACH eine exemplarische Risikoabschätzung durchzuführen. Hierzu werden parallel freie Ag-NP mit klar definierten Eigenschaften und reale Ag-NP enthaltende Produkte (Beispiel: Textilien) in exemplarischen Nutzungsszenarien untersucht, um in einer Risikoanalyse zusammengeführt zu werden. Im Rahmen des Vorhabens werden zudem Methoden entwickelt, die den Nachweis von Ag-NP sowie die Beurteilung ihres ökotoxikologischen Gefährdungspotenzials in relevanten Umweltmedien bzw. -kompartimenten ermöglichen. Hauptaufgabe der TU Dresden ist die projektbegleitende Stabilisierung und Charakterisierung der Ag-NP. 2. Arbeitsplanung Die TU Dresden ist leitender Partner bei der Entwicklung von SOPs für die Präparation der Ag-NP unterschiedlicher Größe und Oberfläche. Diese werden zudem mit vorhandenen Messmethoden hinsichtlich ihrer Größe und Konzentration in Flüssigkeiten charakterisiert. Für die notwendige Analyse von hydrodynamischer Mobilität, Zetapotenzial und Agglomerationszustand wird ein ZetaView (Particle Metrix) beantragt. Parallel dazu wird für die Charakterisierung in relevanten Umweltmedien ein Messgerät entwickelt, das eine spektrale mit einer zeitlich aufgelösten Streulichtmessung kombiniert. Das ermöglicht eine selektive Detektion der Ag-NP bei Vorhandensein mehrerer disperser Phasen.
Das Projekt "UMSICHT Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mit Hilfe Dynamischer Lichtstreuung und der Bestimmung von Zeta-Potentialen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SFZ - Sekretariat für Zukunftsforschung GmbH durchgeführt.
Das Projekt "Mobilität, Verhalten und Verbleib ausgewählter Nanomaterialien in verschiedenen Umweltmedien in Abhängigkeit von Form, Größe und Oberflächengestaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Fragestellungen bearbeitet. Die erste Untersuchung betraf die Entwicklung einer Prüfmethode zur Beurteilung der Stabilität von Beschichtungen auf TiO2-Nanopartikeln. Dazu wurden zwei verschieden funktionalisierte TiO2-Nanomaterialien untersucht, NM103 (Handelsname: UV Titan M262) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophoben Dimethicone Beschichtung und NM104 (Handelsname: UV Titan M212) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophilen Glycerin Beschichtung. Die Stabilität der Beschichtung wurde in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren, wie dem Energieeintrag zur Herstellung der Suspension und den Umgebungsbedingungen wie pH-Wert, Ionenkonzentration und dem gelösten organischen Kohlenstoff (DOC), getestet. Im zweiten Teil der Studie wurde die 'Carrier'-Funktion von P25 für Kupfer sowie 14C Triclocarban (TCC) in drei verschiedenen Bodenarten untersucht. Die Stabilität der Beschichtung der zwei beschichteten TiO2 Nanomaterialien wurde auf verschiedene Arten getestet: a) durch die quantitative Bestimmung des freigesetzten Beschichtungsmaterials, b) durch die quantitative Bestimmung des Beschichtungsmaterials auf dem Trägermaterial vor und nach dem Belastungstest sowie c) indirekt durch die Untersuchung der Änderungen im Verhalten der ENMs. Die Messergebnisse zeigen, dass die Dimethicone und Glycerol Beschichtungen größtenteils von der Oberfläche des Materials freigesetzt wurden. Die Aluminiumoxid-Schicht bleibt hingegen bei beiden ENMs intakt auf der Oberfläche. Des Weiteren wurde gezeigt, dass sowohl die Ionenstärke als auch die DOC Konzentration einen Einfluss auf das Zeta-Potential der ENMs haben. Speziell der Einfluss des DOC (hier Aldrich humic acid - AHA), welcher in dieser Studie zu einer (sterischen) Stabilisierung der ENMs führte, scheint für das weitere Verhalten in der Umwelt von Bedeutung zu sein. Im zweiten Teil dieser Studie wurde die Mobilität von Kupfer und TCC und der 'Carrier' Effekt von P25 auf diese Substanzen analysiert. Das P25 zeigte eine geringe Mobilität in den getesteten Böden und nur mittels REM / EDX konnte ein Transport vereinzelter P25 Agglomerate nachgewiesen werden. Tendenziell zeigten die mit P25 beaufschlagten Bodensäulen einen geringeren Transport der beiden Substanzen als die Säulen ohne P25 und können daher zur Ausbildung von Akkumulationsschichten im oberen Bodenbereich führen. Dieses ist bedeutsam für Bodenorganismen welche sich vornehmlich in diesen Schichten aufhalten, wie zum Beispiel Regenwürmer. Ökotoxikologische Untersuchungen mit Eisenia fetida, welche im Rahmen dieser Studie durchgeführt wurden, zeigten, dass, bei Anwesenheit von P25 mehr TCC in den Darm der Organismen aufgenommen wurde, dieses aber einen geringeren negativen Effekt zeigte. Nichtsdestotrotz wurde gezeigt, das ENMs hier speziell TiO2 einen Einfluss auf das Verhalten von Schadstoffen haben.
| Origin | Count |
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| Bund | 18 |
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