Synthetische nanodeeltjes in het aquatische milieu

Gepubliceerd: 12 januari 2017

'Afgifte, transport en bestemming van synthetische nanodeeltjes in het aquatische milieu' is de titel van het proefschrift waarop Arjen Markus in december 2016 promoveerde. Nanotechnologie heeft ons al veel voordelen gebracht. Denk aan smartphones, maar ook aan bijvoorbeeld minisensoren die belangrijk zijn voor medische toepassingen zoals 'lab-on-a-chip' . En misschien wat minder spectaculair maar minstens even belangrijk en wijdverbreid is het gebruik van nanodeeltjes in persoonlijke verzorgingsproducten, verf en coatings, en versterkte polymeren.

Nanodeeltjes zijn deeltjes die kleiner zijn dan 100 nm. Ze worden op verschillende manier toegepast. Zilvernanodeeltjes worden gebruikt in medisch textiel omdat ze bacteriën doden. Nanodeeltjes van titaniumdioxide en zinkoxide worden als UV-filters gebruikt in zonnebrandproducten en bij afvalwaterzuivering voor het afbreken van organische microverontreinigingen. Nuttige toepassingen dus, maar de eigenschappen die de deeltjes zo nuttig maken in verzorgingsproducten en waterzuivering, kunnen ze echter ook schadelijk maken voor organismen in het aquatische milieu.

Nanodeeltjes hechten aan zwevende stof

Daarom is het belangrijk dat we weten wat er met de deeltjes gebeurt als ze eenmaal in het water terecht komen. Een van de conclusies van de uitgevoerde modelstudie is dat nanodeeltjes zich meestal hechten aan zwevende stof, waardoor ze samen met die stof worden getransporteerd.

Omdat nanodeeltjes zo klein zijn en gemaakt van gewone materialen (zink en titanium, maar ook koolstof), is het moeilijk ze te onderscheiden van natuurlijk bodemmateriaal of sedimentdeeltjes. Vaak wordt elektronenmicroscopie in combinatie met andere meettechnieken gebruikt om de nanodeeltjes in watermonsters te vinden.

Elektronenmicrosopische afbeelding van een cluster nanodeeltjes, aangetroffen in het bezinksel van een afvalwaterzuiveringsinstallatie.

Elektronenmicrosopische afbeelding van een cluster nanodeeltjes, aangetroffen in het bezinksel van een afvalwaterzuiveringsinstallatie.

Vervolgens willen we de afgifte en verspreiding van nanodeeltjes kunnen modelleren. Dat is om twee redenen belangrijk:
• Als goede aanvulling op monitorprogramma’s, aangezien deze modellen dan inzicht geven in de verspreiding van verontreinigingen en de concentraties waarin ze voorkomen.
• Inzicht krijgen in de risico’s die het gebruik van nanodeeltjes nu en in de toekomst met zich meebrengt.

 

Modelleren van de nanodeeltjes toegepast

Het modelleren van de nanodeeltjes is voor dit proefschrift in de Rijn toegepast. Als eerste werd de afgifte van nanodeeltjes uit consumentenproducten geschat op basis van gegevens in de literatuur. Vervolgens is een wiskundig model gemaakt voor de bestemming van nanodeeltjes in het aquatische milieu, op basis van de gegevens en invoerparameters uit gepubliceerde laboratoriumexperimenten. Deze kennis, samen met de informatie over de hydrologie van de Rijn en de waterzuiveringsinstallaties in het Rijnbekken, is gebruikt om de concentratie nanodeeltjes te voorspellen bij verschillende afgiftescenario’s

Vergelijking van de concentratie zinknanodeeltjes ten opzichte van de totale concentratie zink, waarbij de relatieve contributie wordt getoond

De resultaten van het model

De resultaten van het model suggereren dat de nanodeeltjes voornamelijk aan zwevende stof zijn gehecht, dat wil zeggen de zogeheten heterocoagulatie (samenklontering) is het belangrijkste proces. De deeltjes worden dus samen met de zwevende stof getransporteerd en zullen in het sediment terechtkomen, als de omstandigheden dat toelaten. Om het milieurisico van nanodeeltjes te kunnen onderzoeken, moet men de afgifte van nanodeeltjes kunnen schatten maar ook het gedrag van zwevende stof begrijpen.