Bestimmung und Vorhersage des Oberflächencoatings von Nanopartikeln, dessen molekularer Zusammensetzung, physico-chemischen Eigenschaften und der kolloidalen Stabilität nach in-situ-Exposition gegenüber natürlichen Gewässern

Trotz der zahlreichen Studien über die Sorption von gelösten organischen Stoffen (DOM) an Nanopartikeln wurden die meisten Studien unter kontrollierten Laborbedingungen mit nur einer einzigen Verbindung oder einer Gruppe von Molekülen mit definierten Eigenschaften (z. B. Huminsäuren) durchgeführt. Außerdem wurde nur die molekulare Zusammensetzung der Oberflächenbeschichtung mit einer indirekten Messung (Unterschied zwischen der Lösung vor und nach der Sorption) bestimmt, wobei oft unrealistisch niedrige Verhältnisse von organischem Kohlenstoff zu Nanopartikeln verwendet wurden. Dies führt zu einer Wissenslücke in Bezug auf die realistischen Mechanismen der Oberflächenbeschichtung und wie sich dies auf die kolloidale Stabilität in der Umwelt auswirkt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die physikalisch-chemischen Eigenschaften und strukturellen Merkmale der Beschichtung aus natürlichen organischen Stoffen (NOM) zu bestimmen und vorherzusagen, die sich auf technisch hergestellten (neuen und in der Formulierung gealterten) Nanopartikeln nach der Exposition im Feld bildet. Dieses Wissen soll zur Vorhersage der kolloidalen Stabilität von Nanopartikeln genutzt werden. Um die Experimente unter Umweltbedingungen durchzuführen, werden fünf verschiedene Arten von Nanopartikeln in einen Dialysebeutel gefüllt, der als passiver Probenehmer für die in situ Bildung der NOM-Beschichtung in verschiedenen Arten von Oberflächengewässern dient. Anschließend werden die Eigenschaften der gebildeten natürlichen Beschichtung mit einer direkten Analysemethode (LDI-FT-ICR MS) untersucht. Mit Hilfe multivariater Vorhersagemodelle werden die Schlüsselparameter für die Bildung und Stabilität der NOM-Beschichtung sowie die kolloidale Stabilität ermittelt. Diese Ergebnisse werden dazu beitragen, Hypothesen über die Sorptionsmechanismen aufzustellen, und in Kombination mit den Aggregationsraten der NOM-beschichteten Partikel werden sie zur Untersuchung der Beziehung zwischen anfänglicher Beschichtung, natürlicher Beschichtung, Wasserzusammensetzung und Aggregation verwendet.

Kontakt:
Michel Gad
Dr. Oliver Lechtenfeld

Projektpartner:
Dr. Allan Philippe (Uni Landau)