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.
