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Titelaufnahme

Titel
Strategies and nanotechnology tools for identification and characterization of molecular interactions in complex matrices : analysis of the fate and transport of engineered nanomaterials in selected waste streams / by Dipl.-Ing. Florian Part
Weitere Titel
Strategien und Instrumente der Nanotechnologie für die Identifikation und Charakterisierung von molekularen Interaktionen in komplexen Matrizen
VerfasserPart, Florian
Begutachter / BegutachterinQuicker, Peter ; Hennebert, Pierre
GutachterHuber-Humer, Marion ; Sinner, Eva-Kathrin
ErschienenVienna, October, 2016
Umfangviii, 198 Seiten : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Nanomaterialien / Umweltverbleib / Nanotracer / Quantenpunkte / Nanoabfall / Transformationsprozesse / Materialflussanalyse / Fluoreszenzspektroskopie
Schlagwörter (EN)Nanomaterials / Environmental fate / Nanotracer / Quantum Dots / Nanowaste / Transformation processes / Material flow analysis / Fluorescence spectroscopy
Schlagwörter (GND)Nanostrukturiertes Material / Umweltbelastung / Abfall / Tracer
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-16128 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Strategies and nanotechnology tools for identification and characterization of molecular interactions in complex matrices [13.07 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Seit Beginn der Ära der Nanotechnologie, wurden viele verschiedene Klassen an synthetischen Nanomaterialien (bzw. Engineered Nanomaterials, kurz ENMs) entwickelt, um High-Tech-Produkte mit neuartigen Funktionen entwickeln zu können (z.B. antistatische, wasserabweisende oder antibakterielle Oberflächen). Während des gesamten Lebenszyklus von Nanoprodukten können sich ENMs aus der Produktmatrix lösen und ihre Freisetzung könnte somit zu negativen Umweltauswirkungen führen. Derzeit ist über die Freisetzung von ENMs und deren Umweltverbleib nur wenig bekannt - insbesondere in der End-of-Life-Phase. Aus diesem Grund hatte die vorliegende Dissertation zum Ziel, den potenziellen Transport und Verbleib von ENMs in Abfallströmen näher zu untersuchen. Die Ergebnisse einer durchgeführten Materialflussanalyse haben gezeigt, dass die größten ENM-Mengen in Deponien angereichert werden. Die Aussagekraft solcher Modelle ist dennoch sehr eingeschränkt, da es derzeit an experimentellen Ansätzen zur Bestimmung von ENM-spezifischen Freisetzungs- und Transferraten mangelt. Sobald ENMs in die Umwelt freigesetzt werden, ist es hinsichtlich der Risikobewertung und Toxizität von ENMs entscheidend, potentielle Transformationsprozesse, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten, mit zu berücksichtigen. Die vorliegende Studie hatte auch zum Ziel, den aktuellen Wissensstand über analytische Methoden zusammenzufassen, die eine Charakterisierung und ein Monitoring von ENMs in komplexen Umweltproben, wie Abfallströmen, ermöglichen. Zusammengefasst müssen die derzeit verfügbaren Analyseverfahren erst optimiert und für Nanoabfälle adaptiert werden, um zukünftige ENM-Emissionen im Sinne des Vorsorgeprinzips über-wachen zu können. Im Allgemeinen stellen die dafür nötigen physikalisch-chemischen Analysen eine große Herausforderung dar, da ENMs mit hoher Wahrscheinlichkeit in sehr niedrigen Umweltkonzentrationen vorkommen. Zugleich ist es sehr schwierig, ENMs von natürlich vorkommenden Nanopartikeln oder von ihren gelösten, ionischen Pendants differenzieren zu können. Dieser Umstand führte uns zu der Hypothese, dass sogenannte Quantenpunkte mit spektroskopischen Fingerabdrücken als nanoskalige Tracer verwendet werden können, um das Umweltverhalten von ähnlichen ENMs nachzuahmen und zu erforschen. Hierfür wurden eine Tracingmethode sowie dafür geeignete Protokolle zur Quantenpunktsynthese entwickelt. Dieses neuartige Tracingkonzept wurde am Beispiel von fünf verschiedenen Deponiesickerwässern, welche relevante Umweltproben repräsentieren, auf ihre Tauglichkeit getestet. Die Quantenpunkte unterlagen hierbei Transformationsprozessen, aber blieben dennoch - in Abhängigkeit des Gehalts an natürlichen, organischen Materialien sowie der Lagerungstemperatur - für mindestens sechs Monate kolloidal stabil. Somit wiesen diese fluoreszierenden ENMs unter den vorherrschenden Umweltbedingungen eine hohe Mobilität auf.

Zusammenfassung (Englisch)

Since the era of nanotechnologies was ushered, many different types of engineered nanomaterials (ENMs) have been developed aiming at the design of advanced products that provide novel functions (e.g. antistatic, water-repellant or antibacterial surfaces). During the entire life cycle of such nanoproducts ENMs may release from the product's matrix and may lead to environmental adverse effects. In general, there is a lack of information about ENM release and its ultimate fate in the environment - in particular during end-of-life stages. On this account, this dissertation aimed at studying the potential fate and transport of ENMs in waste streams. The results of a conducted material flow analysis showed that the majority of ENMs are estimated to end up in landfills. However, the validation of such models is currently limited, as more experimental studies on ENM-specific release and transfer rates are needed. Regarding risk assessment and toxicity of ENMs, it is additionally crucial to consider potential transformation processes which are very likely to occur when ENMs are released to the environment. This study also aimed at summarizing the current state of knowledge about analytical methods enabling the characterization and monitoring of ENMs in complex environmental samples, such as waste streams. It also turned out that currently available techniques need to be optimized and adapted to nanowastes in order to monitor, in terms of the precautionary principle, future ENM emissions. In general, physico-chemical analyses are very challenging, as ENMs are predicted to occur at very low concentrations in the environment, while the discrimination of ENMs from naturally-occurring nanoparticles or from their dissolved, ionic counterparts is very difficult. This led us to hypothesize that quantum dots with spectroscopic fingerprints can be used as nanotracers to mimic and investigate the environmental behavior of similar ENMs. A novel tracing method as well as suitable protocols for quantum dot synthesis were developed that enabled distinctive monitoring. A proof of concept was shown on the example of five different landfill leachates that represent relevant environmental samples. The quantum dots underwent hereby trans-formation processes but retained - depending on natural organic matter content and storage temperature - for at least six months colloidally stable. Consequently, such fluorescence ENMs showed under prevailing environmental conditions a high mobility.