NanoFlow

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NanoFLOW – Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel wassergesättigten Untergrund

Im Rahmen des Projektes NanoFlow wurden Labor- und Feldversuche hinsichtlich des Transportverhaltens von synthetischen Nanopartikel im Festgestein und in Böden unter wassergesättigten und -teilgesättigten Bedingungen untersucht. Es wurden kohlenstoffbasierte Nanomaterialien (engl. multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs) und stabilisierte Silber-Nanopartikel (Ag-NP) berücksichtigt.

Die Laborversuche zeigten Abhängigkeiten der Mobilität der Kohlenstoff-Nanoröhrchen von deren Ausgangskonzentration sowie von der Bodenkorngröße. Die Feldversuche an Lysimetern zeigten, dass die MWCNTs einer hohen Retention im obersten Bodenhorizont unterworfen sind. Insgesamt lassen die Resultate der umweltrelevanten Versuche (ungesättigter Fluss, niedrige Ausgangskonzentration, ungestörter Boden) vermuten, dass Böden als starke Senke für Kohlenstoff-Nanoröhrchen fungieren. Daher wird nur ein geringer Transport der MWCNTs in der vadosen Zone und damit eine geringe Gefahr der Grundwasserkontamination in den untersuchten Böden erwartet.

Die Ergebnisse der Laborversuche mit stabilisierten Silber-Nanopartikeln (Ag-NP) haben gezeigt, dass die Nanopartikel unter bestimmten Bedingungen eine hohe Mobilität aufweisen und Transportreichweiten von einigen Metern erreichen können. Dies zeigte sich in einem Modellboden, in einem reinen Sandstein oder in einem Boden mit hohem Sandgehalt bei der Anwesenheit von einwertigen Ionen in der umgebenden Lösung. Unter anderen Bedingungen, z.B. in Sandsteinen mit komplexerer mineralogischer Zusammensetzung und mit geringen Porengrößen, in einem feinkörnigen Boden mit höherem Tongehalt und bei höheren Ionenstärken bzw. Anwesenheit von bivalenten Ionen in der Bodenlösung wurde der Transport der Silber-Nanopartikel stark limitiert. Wird die Ionenstärke herabgesetzt, wie es beispielsweise bei Starkregenereignissen der Fall sein kann, oder die bivalenten Ionen durch monovalente Ionen ersetzt, können die Silber-Nanopartikel aus dem Boden wieder freigesetzt werden. Diese Remobilisierung der Silber-Nanopartikeln erfolgt auch durch Freisetzung der Bodenkolloide, die als Träger für Ag-NP fungieren (Co-Transport). Auch in geklüfteten Sandsteinen haben die Versuche eine vergleichsweise hohe Mobilität der Silber-Nanopartikel gezeigt, die teilweise auch durch Co-Transport von Ag-NP an Sandsteinfragmenten ermöglicht wird.


Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0077
Laufzeit: 01.10.2009 - 30.09.2012

Projektleitung

LIH RWTH Aachen Logo
Prof. Dr. Dr. hc Rafig Azzam, Lehrstuhl für Ingenieur- und Hydrogeologie, RWTH Aachen

Projekt-Partner

Lehrstuhl für Ingenieur- und Hydrogeologie, RWTH Aachen
Postnova Analytics GmbH
Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-3), Forschungszentrum Jülich

Veröffentlichungen

2013

  • Liang, Y., S. A. Bradford, J. Simunek, M. Heggen, H. Vereecken and E. Klumpp (2013). Retention and Remobilization of Stabilized Silver Nanoparticles in an Undisturbed Loamy Sand Soil. Environ Sci Technol 47(21): 12229-12237.
  • Liang, Y., S. A. Bradford, J. Simunek, H. Vereecken and E. Klumpp (2013). Sensitivity of the transport and retention of stabilized silver nanoparticles to physicochemical factors. Water Res 47(7): 2572-2582.
  • Kasel, D., S. A. Bradford, J. Simunek, M. Heggen, H. Vereecken and E. Klumpp (2013). Transport and retention of multi-walled carbon nanotubes in saturated porous media: effects of input concentration and grain size. Water Res 47(2): 933-944.
  • Kasel, D., S. A. Bradford, J. Simunek, T. Putz, H. Vereecken and E. Klumpp (2013). Limited transport of functionalized multi-walled carbon nanotubes in two natural soils. Environ Pollut 180(0): 152-158.

2010

  • Neukum C., Klumpp E., Pütz T., Azzam R. (2010). NANOFLOW: Mobilität synthetischer Nanopartikel im Untergrund – Projektvorstellung. In: Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 67,151.

Alle verfügbaren Abschlussberichte des NanoFLOW Konsortiums finden Sie auf den Seiten der TIB Hannover https://www.tib.eu/de/  
  • Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (LIH), RWTH Aachen (2012). Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel wassergesättigten Untergrund : Abschlussbericht des BMBF-Projektes NANOFLOW ; NanoNature: Nanotechnologien für den Umweltschutz - Nutzen und Auswirkungen im Rahmenprogramm „Werkstoffinovationen für Industrie und Gesellschaft - WING ; von Oktober 2009 bis September 2012; Neukum C., Braun A., Azzam R.; Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (LIH), RWTH Aachen; FKZ 03X0077A; TIB Hannover; DOI:10.2314/GBV:778419568. (PDF, 5 MB )
  • Postnova Analytics GmbH (2012). Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel wassergesättigten Untergrund : Abschlussbericht des BMBF-Projektes: NANOFLOW ; NanoNature: Nanotechnologien für den Umweltschutz - Nutzen und Auswirkungen im Rahmenprogramm „Werkstoffinovationen für Industrie und Gesellschaft – WING; Postnova Analytics; FKZ 03X0077B; TIB Hannover; DOI:10.2314/GBV:778584976.
  • Institut für Bio- und Geowissenschaften, Jülich (2012). Nanoflow : Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel wassergesättigten Untergrund ; Abschlussbericht des BMBF-Projektes ; Werkstoffprogramm WING; Institut für Bio- und Geowissenschaften, Jülich; FKZ 03X0077C; TIB Hannover; DOI:10.2314/GBV:77829367X.

2013

  • Liang, Y., Bradford, S. A., Simunek, J., Vereecken, H., Klumpp, E. (2013). Transport and Retention of Stabilized Silver Nanoparticles in Water-Saturated Porous Media. European Geosciences Union 2013, HS8.1.6., 07.-12.04.2013, Wien, Österreich. [Vortrag]
  • Neukum, C., Klumpp, E., Klein, T. (2013). Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel gesättigten Untergrund. 3. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 14.-15. Januar 2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [Vortrag]
  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2013). Transportmechanismen von Silbernanopartikeln in wassergesättigten natürlichen Böden. 3. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 14.-15. Januar 2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]

2012

  • Kasel, D., Bradford, S. A., Šimůnek, J., Heggen, M., Vereecken, H., Klumpp, E. (2012) Transport and Deposition of Multi-walled Carbon Nanotubes in Saturated Porous Media. American Geophysical Union's 45th annual Fall Meeting, San Francisco, USA, 03-07.12.2012, San Francisco, USA. [Vortrag]
  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2012). Transport of engineered silver nanoparticles through saturated porous media. 6th Environmental Symposium of German-Arab Scientific Forum for Environmental Studies, 01.-02.10.2012, Aachen, Deutschland. [Vortrag]
  • Liang, Y., Bradford, S. A., Šimůnek, J., Klumpp, E. (2012). Transport and deposition of silver nanoparticles in (model) soils and sediments. Processes in the Yangtze River System, Progress and Exchange in the Sino-German Yangtze-Project,10th Anniversary of Sino-German Cooperation, 22-23.09.2012, Shanghai, China. [Vortrag]
  • Neukum, C., Braun, A., Azzam, R. (2012). Transport of engineered Ag nanoparticles through water saturated porous media. 39th IAH Congress, 16.-21.09. 2012, Niagara Falls, Canada. [Vortrag]
  • Braun, A. (2012). Mobilität von Ag und TiO2Nanopartikeln in wassergesättigtem Boden. Seminar am Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie, RWTH Aachen, 14.06.2012, Aachen, Deutschland. [Vortrag]
  • Klumpp, E., Kasel, D., Liang, Y., Bradford, S. A., Šimůnek, J., Heggen, M., Vereecken, H. (2012). Transport and Deposition of Nanoparticles in (Model) Soils. Interfaces against Pollution, 11-14.06.2012, Nancy, Frankreich. [Vortrag]
  • Neukum, C., Braun, A., Azzam, R. (2012). Transport von synthetischen Ag-Nanopartikel durch Sandstein. Tagung der FH DGG, 16.-20. Mai 2012, Dresden, Deutschland. [Vortrag]
  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2012). Analyse natürlicher und synthetischer Nanopartikel mit asymmetrischer Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4). In: R. Liedl, D. Burghardt, E. Simon, Th. Reimann & R. Kaufmann-Knoke (Hrsg.): Grundwasserschutz und Grundwassernutzung, Tagung der Fachsektion Hydrogeologie in der DGG (FH-DGG), 16.-20. Mai 2012, Dresden, Deutschland. [Poster]
  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2012). Transport von Titandioxid- und Silbernanopartikeln in gesättigten Bodensäulen. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13.-14. März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Kasel, D., Vereecken, H., Klumpp, E. (2012). Transport and Deposition of Multi-walled Carbon Nanotubes in (Model) Soils. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13-14.03.2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Liang, Y., Kasteel, R., Heggen, M., Vereecken, H., Klumpp, E. (2012). Transport and Deposition of Stabilized Silver Nanoparticles in (Model) Soils. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13-14.03.2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Neukum, C., Braun, A., Klein, T., Jünger, R. (2012). Fluss-Feldflussfraktionierung – ein neuartiges verfahren zur Analyse von synthetischen Nanopartikeln in Bodeneluaten. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13.-14. März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Braun, A. (2012). Transport von TiO2 - und Ag-Nanopartikeln in Bodensäulen. 3. Young Nano Treffen, 12. März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Vortrag]

2011

  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2011). Modeling the transport of engineered nanoparticles in saturated porous media - an experimental setup. AGU Fall Meeting 2011, 05.-09.12.2011, San Francisco, USA. [Poster]
  • Braun, A., Neukum, C. (2011). Nanoflow: Mobility of engineered nanoparticles in saturated porous media - introduction to the project and first results. Chinese Academy of Sciences, 21.10.2011, Peking, China. [Vortrag]
  • Kasel, D., Philipp, H., Kasteel, R., Vereecken, H., Klumpp, E. (2011). Transport and Deposition of Multi-walled Carbon Nanotubes in Saturated Porous Media. EuCheMS International Conference on Chemistry and the Environment 2011, 11.-14.09.2011, Zürich, Schweiz. [Vortrag]
  • Liang, Y., Kasteel, R., Philipp, H., Heggen, M., Vereecken, H., Klumpp, E. (2011). Transport and deposition of stabilized silver nanoparticles in saturated porous media. EuCheMS International Conference on Chemistry and the Environment 2011, 11.-14.09.2011, Zürich, Schweiz. [Poster]
  • Kasel, D., Schierenberg, W., Philipp, H., Heggen, M., Kasteel, R., Vereecken, H., Klumpp, E. (2011). Transport of Multi-walled Carbon Nanotubes in Saturated Porous Media. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 03.-09.09.2011, Berlin, Deutschland. [Poster]
  • Liang, Y., Kasteel, R., Philipp, H., Heggen, M., Vereecken, H., Klumpp, E. (2011). Mobility of stabilized silver nanoparticles in saturated porous media. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 03.-09.09.2011, Berlin, Deutschland. [Poster]
  • Neukum, C., Klumpp, E., Klein, T. (2011). Nanoflow: Mobilität synthetischer Nanopartikel in porösen Medien. 1.Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11. Mai 2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [Vortrag]
  • Braun, A., Neukum, C., Azzam, R. (2011). Untersuchung des Transportverhaltens synthetischer Nanopartikel in Säulenversuchen gekoppelt an Fluss-Feldflussfraktionierung -Methodenentwicklung am Beispiel TiO2. 1.Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11. Mai 2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Liang, Y., Kasel, D., Heggen, M., Vereecken, H., Klumpp, E. (2011). Transport of carbon nanotubes and silver nanoparticles in saturated porous media. 1. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11.05.2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Neukum, C., Braun, A., Azzam, R. (2011). Untersuchung der Mobilität synthetischer Nanopartikel in wassergesättigten und variabel wassergesättigten porösen Medien. 18. Tagung für Ingenieurgeologie, 16.-19. März 2011, Berlin, Deutschland. [Vortrag]

2010

  • Braun, A., Neukum, C. (2010). Nanoflow - Mobilität synthetischer Nanopartikel im Grundwasser. 1. Young Nano Treffen, 8. Oktober 2010, Stuttgart, Deutschland. [Vortrag]
  • Neukum, C., Klumpp, E., Puetz, T., Klein, T., Azzam, R. (2010). NANOFLOW: Mobilität synthetischer Nanopartikel im Untergrund – Projektvorstellung. In: C. Levin, P. Grathwohl, R. Kaufmann-Knoke & H. Ruegner (Hrsg.): Grundwasser für die Zukunft, Tagung der Fachsektion Hydrogeologie in der DGG (FH-DGG), 12.-16. Mai 2010, Tübingen, Deutschland. [Poster]
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