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Engineered nanoparticles in the environment
sorption behavior of carbon nanotubes in aquatic systems
Xiaoran Zhang
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.22490
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29423.57334.942962-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Nanotechnologie entwickelte sich in den letzten zehn Jahren rasant, weshalb auch die Produktion technischer Nanopartikel anstieg. Kohlenstoffnanoröhren (KSNR) sind häufig produzierte technische Nanopartikel. KSNR haben eine hohe Affinität für organische Schadstoffe und können daher als Adsorptionsmaterial zur Sanierung von Kontaminationen und für analytische Anwendungen eingesetzt werden.
Die Zielsetzung dieser Dissertation ist es einen Beitrag für das Verständnis der Interaktionen zwischen KSNR und organischen Verbindungen, insbesondere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), zu leisten. Das Sorptionsverhalten von KSNR wurde unter unterschiedlichen Bedingungen untersucht. Dabei wurde eine passive Probenahme, als Alternative zum klassischen Sorptionsversuchsaufbau, angewandt. Die wichtigsten Ergebnisse sind nachfolgend zusammengefasst:
• Im Gegensatz zu früheren Studien, die mit unrealistisch hohen PAK Konzentrationen durchgeführt wurden, können Sorptionsisothermen, die mit niedrigen Konzentrationen (pg-ng/L) ermittelt wurden, mit einem einzigen Sorptionskoeffizienten beschrieben werden.
• Sorptionskoeffizienten von 13 PAKs zeigten, dass im niedrigen Konzentrationsbereich keine Konkurrenz um die Adsorptionsplätze auftritt. Die Sorptionsaffinität war direkt abhängig von der Löslichkeit der Verbindungen.
• Im Gegensatz zu früheren Studien, in denen die Versuche auf große Aggregate beschränkt waren, zeigten unsere Ergebnisse die Bedeutung von sowohl Größe als auch Struktur des aggregierten Sorptionsmaterials auf.
• Aggregation und Dispersion beeinflussen das Sorptionsverhalten von KSNR wesentlich. Unsere Ergebnisse zeigten, dass der Einfluss der Oberflächenchemie auf das Sorptionsverhalten vom Dispersionsstatus abhängig ist.
Die Verwendung von besser geeigneten und robusten Methoden, wie sie in der vorliegenden Arbeit präsentiert wurden, ermöglicht die Analyse des Sorptionsverhaltens von einem breiten Spektrum an Verbindungen und technischen Nanopartikeln über einen weiten Bereich an umweltrelevanten Bedingungen. Die Ergebnisse sind entscheidend für die Bewertung der potenziellen Umweltauswirkungen von technischen Nanopartikeln und deren möglichen zukünftigen Anwendungen.
Abstract
(Englisch)
With the fast development of nanotechnology, the production of engineered nanoparticles (ENPs) increases rapidly. Carbon nanotubes (CNTs) are one type of widely produced ENPs. CNTs have a very strong affinity toward organic contaminants and have been proposed as superior sorbents for environmental remediation as well as for analytical applications.
The objective of this PhD thesis is to advance the understanding of interactions between CNTs and organic compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in particular. The sorption behavior of CNTs was investigated over a range of conditions that have never been investigated before, using a suitable alternative to the classical sorption experimental set up (i.e., passive sampling method). The main findings can be summarized below:
• Conversely to previous studies carried out at unrealistic high concentration ranges, sorption isotherms in the low concentration range (pg-ng/L) indicate that sorption can be described using single sorption coefficients.
• Sorption coefficients for 13 PAHs showed that no competition occurred in the low concentration range and sorption affinity was directly related to the solubility of the subcooled liquid of the compounds.
• Conversely to previous observations restricted to large aggregates, our study highlights the importance of considering both the size and structure of sorbent aggregates.
• Aggregation/dispersion significantly affects the sorption behavior of CNTs. We demonstrated that the surface chemistry impact on sorption behavior greatly depends on the CNT dispersion status. The suppression of sorption by natural dispersants greatly depends on the CNTs surface chemistry.
The use of more suitable and robust methods, such as that develop in the present work, opens up a way to study sorption for a wider range of compounds and ENPs, and over a wide range of relevant conditions. The data generated will be vital for evaluating the materials’ potential environmental impact as well as the potential future applications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
sorption carbon nanotubes polycyclic aromatic hydrocarbons passive sampling
Schlagwörter
(Deutsch)
Sorptionsverhalten Kohlenstoffnanoröhren polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe passives Probenahmeverfahren
Autor*innen
Xiaoran Zhang
Haupttitel (Englisch)
Engineered nanoparticles in the environment
Hauptuntertitel (Englisch)
sorption behavior of carbon nanotubes in aquatic systems
Paralleltitel (Deutsch)
Technische Nanopartikel in der Umwelt: Sorptionsverhalten von Kohlenstoffnanoröhren in aquatischen Systemen
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
V, 137 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Torsten C. Schmidt ,
Peter Grathwohl
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung, Umweltschutz: Allgemeines
AC Nummer
AC10669625
Utheses ID
20090
Studienkennzahl
UA | 091 | 426 | |