NANO-Transfer - Transfer kohlenstoffbasierter Nanomaterialien in der aquatischen Umwelt (UBC)

Verbleib, Effekte, Bioakkumulation, Nahrungsnetzübertragung, Schadstofftransport und Einsatz in der Remediation belasteter Gewässer

 

Projektlaufzeit: 2016 - 2019

 
Leitung

 

Koordination

 

Durchführung

 

Financiers

 

Projektpartner

  • Dr. Dirk Jungmann (Technische Universität Dresden – TUD, Fakultät Umweltwissenschaften, Institut für Hydrobiologie, Dresden)
  • Dr. Monika Hammers-Wirtz (gaiac - Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und –bewertung e.V., Aachen)
  • Prof. Dr. Alina Catrinel Ion (Politehnica University of Bucharest – PUB, Department of Analytical Chemistry and Environmental Engineering, Rumänien)
  • Prof. Dr. Damia Barcelo (Catalan Institute for Water Research – ICRA, Spanien)
  • Dr. Marinella Farre (Spanish Council for Scientific Research – CSIC, Institute of Environmental Assessment and Water Research (IDAEA), Spanien)


     

Hintergrund

Arbeitspakete:

  1. Koordination
  2. Verteilung (Fate), Verbleib und Verhalten in der Umwelt
  3. Bioakkumulation
  4. Effekte
  5. Fall-Studien (Mikro- und Mesokosmen Experimente)
  6. Sorption von Schadstoffen an Nanomaterialien (Green applications)
  7. Dissemination, Management und Kommunikation


Im EU-Projekt NANO-Transfer werden der Verbleib, die chronischen Effekte, die Bioakkumulation, die Nahrungsnetzübertragung und der mögliche Schadstofftransport synthetischer, kohlenstoffbasierter Nanomaterialien (C-MNMs) in der aquatischen Umwelt untersucht und somit Lücken in der Erforschung dieser Nanomaterialien geschlossen. Die RWTH wird Langzeit-Experimente hauptsächlich mit durch simuliertes Sonnenlicht gealterte Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) bei umweltrelevanten Konzentrationen in Standgewässer-Mikrokosmen durchführen und das Nanomaterial über die Zeit in den verschiedenen Umweltkompartimenten (Wasser, Organismen, Sediment, Porenwasser) qualitativ und quantitativ nachweisen. Die Belichtung der Nanomaterialien stellt eine Bewitterung in der Umwelt dar, welche zu verschiedensten Veränderungen auf der Oberfläche der CNTs verursachen kann.
Das Projekt umfasst 7 Arbeitspakete (WP). Die RWTH übernimmt dabei die Verantwortung für die Projektkoordination (WP0), sowie für das Arbeitspaket, welches die Bioakkumulation von C-MNMs in verschiedenen aquatischen Organismen untersucht (WP2) und für WP6, welches die Verbreitung und Veröffentlichung der gewonnenen Daten realisiert.
Im Projekt werden Fullerene und Kohlenstoffnanoröhren untersucht. Die RWTH wird im Rahmen des Projektes hauptsächlich mit Letzteren arbeiten. CNTs liegen hier sowohl radioaktiv markiert (14C-CNT) als auch unmarkiert vor. Die radioaktiven CNTs bieten den Vorteil der Detektion bis in den unteren µg/L und µg/kg Bereich. Zu WP1 wird die RWTH markierte und unmarkierte CNTs für drei Monate belichten und diese im Anschluss an Ihre Kooperationspartner für die jeweiligen Untersuchungen  verschicken. Unmarkierte belichtete CNTs werden in Süßwasser-Mikrokosmen eingebracht und anschließend mit Elektronenmikroskopie (TEM/SEM) charakterisiert. Des Weiteren wird die Verteilung von 14C-CNTs in einem Sediment-Wasser System untersucht. Darauf aufbauend wird die Verteilung von dem Biozid Triclocarban (TCC) und dem Weichmacher Bisphenol A (BPA) in demselben System in An- und Abwesenheit von CNTs bewertet, um den Schadstoff-Carrier Effekt der Nanomaterialien zu untersuchen. Für ersteres Szenario werden mit Schadstoff beladene CNTs verwendet werden. Innerhalb des WP2 wird die Bioakkumulation von CNTs in verschiedenen Süßwasserorganismen - Alge (Pseudokirchneriella subcapitata), Sedimentwurm (Lumbriculus variegatus), Wasserfloh (Daphnia magna) und Fisch (Danio rerio) - bestimmt. Dabei wird zwischen der Aufnahme über die Wasserphase und über die Nahrung differenziert. Die gleiche Applikationsmethodik wird für die Untersuchung der chronischen Effekte in WP3 durchgeführt. Neben der Bestimmung der Effekte von CNTs auf die Toxizität, Wachstum und die Reproduktion der genannten Organismen, wird oxidativer Stress als ein weiterer Endpunkt in der Evaluierung der Nanomaterialien gemessen werden. Bei der Untersuchung des Trojan horse effect wird u.a. die endokrine Wirksamkeit von BPA auf Fische bestimmt. Für die Risikobewertung der eingesetzten Nanomaterialien werden abschließend Mikrokosmos-Experimente zur Bewertung der Biomagnifikation von CNTs mit aquatischen Organismen einer Nahrungskette durchgeführt. Hierbei wird zum einen eine Süßwasser-Mikrokosmos Studie mit der Nahrungskette Alge-Daphnie-Fisch und zum anderen ein Wasser-Sediment System mit der Nahrungsbeziehung Glanzwurm-Fisch abgebildet. Die so gewonnenen Ergebnisse können zusätzlich dafür genutzt werden, die Eignung der CNTs für die Remediation von Gewässern zu evaluieren.