Charakterisierung von Metalloxid-Nanopartikeln und Untersuchung der Adsorption von Modellsubstanzen am Beispiel von Kupferoxid-, Cerdioxid- und Siliziumdioxid-Nanopartikeln

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wurde zunächst der Kenntnisstand zum Einfluss von Umweltbedingungen auf das Verhalten von Nanomaterialien sowie deren Zusammenhang mit der Bildung einer Biomolekül Corona und der kolloidalen Stabilität von Nanopartikeln betrachtet. Die Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen, die an Nanopartikeloberflächen adsorbiert sind, ist nach wie vor eine Herausforderung – besonders wenn in der Umwelt vorhandene natürliche organische Materie für die Ausbildung der Biomolekül Corona verantwortlich ist. Zur Quantifizierung adsorbierter schwefelhaltiger Verbindungen wurde eine ionenchromatographische Methode entwickelt, um die Konzentration der an Eisenoxid Nanopartikeln adsorbierten Dimercaptobernsteinsäure analytisch zu bestimmen. Das Adsorptionsverhalten ausgewählter Metalloxid Nanopartikel (CuO-, CeO2-, SiO2 NPs) mit verschiedenen Modellsubstanzen (Catechin, Tanninsäure, Huminsäure, NR NOM, Cetlylpyridiniumchlorid) wurde untersucht. Aus dem Vergleich der Adsorption, zusammen mit den Daten zur kolloidalen Stabilität, wurden Rückschlüsse auf das Verhalten und die Wechselwirkungen der ausgebildeten Biomolekül Coronas gezogen. So ist die Adsorption von Catechin und NR NOM an CuO NPs sowie von Catechin und Tanninsäure an CeO2 NPs in salzhaltigem Medium geringer als in Reinstwasser. Im Gegensatz dazu steigt die Adsorption von Tanninsäure an CuO NPs und von Huminsäure sowie Cetylpyridiniumchlorid an CeO2 NPs in Gegenwart von mehrwertigen Ionen. Neben dem biologischen Abbau organischer Moleküle können auch Coatings und Biomolekül Coronas von Nanopartikeln in der Umwelt mikrobiell abgebaut werden. Die Biomoleküle Catechin und Tanninsäure sind nach der Adsorption an das Nanomaterial weniger bioverfügbar, sodass die biologische Abbaubarkeit im Vergleich zu freien (gelösten) Substanzen reduziert ist. Dagegen ändert sich die biologische Abbaubarkeit von NR NOM, Huminsäure, Cetylpyridiniumchlorid und Dimercaptobernsteinsäure nach der Adsorption nicht.