Судьба наночастиц в окружающей среде зависит от свойств воды

Новое исследование показало, что судьба углеродных наночастиц, попавших в грунтовые воды, и способность муниципальных систем фильтрации удалять их из питьевой воды зависят от тонких различий в свойствах водного раствора, несущего частицы.

Например, в слабосолёной воде кластеры фуллерена C₆₀ будут прочно прилипать к частицам почвы или фильтрующей системы. Однако там, где в воде присутствуют природные органические соединения или химические поверхностно-активные вещества (ПАВ), выступающие в роли стабилизаторов, частицы C₆₀ будут течь так же легко, как и вода, их несущая.

«В некоторых случаях наночастицы почти не перемещаются, и вы получите их полное удержание в почве. Но при других условиях раствора или в присутствии стабилизирующего агента они могут перемещаться так же, как вода. Движение этих наночастиц очень чувствительно к условиям раствора», — пояснил профессор Курт Пеннелл.

Исследование транспорта и удержания наночастиц C₆₀ было опубликовано 11 апреля в онлайн-версии журнала Американского химического общества Environmental Science and Technology.

Чтобы изучить поток и удержание наночастиц в модельных системах почвы и фильтрации, исследовательская группа заполнила стеклянные колонки либо стеклянными микросферами, либо песком и насытила их водой. Затем через колонки пропускали «импульс» воды, содержащей наночастицы C₆₀, а затем дополнительную воду без наночастиц.

• В песке наблюдалось равномерное распределение наночастиц по всей колонке, что указывает на ограниченную способность к удержанию за счёт фильтрации. После заполнения этой ёмкости частицы проходят дальше, пока не будут удержаны другими песчинками.
• Удержанные наночастицы были прочно связаны с песком или микросферами и могли быть удалены только изменением pH воды.
• Исследователи наблюдали, что до 77% массы наночастиц удерживалось песком, в то время как стеклянные микросферы удерживали от 8 до 49%.
• Приготовление растворов, содержащих C₆₀, сильно влияло на удержание: когда соль не добавлялась, частицы протекали через колонки, как вода.

Для муниципальной фильтрации питьевой воды эта чувствительность к характеристикам раствора означает, что ключевую роль могут играть местные условия.

«При большинстве условий вы сможете удалить наночастицы из воды. Но нужно быть осторожным, если наночастицы стабилизированы природным ПАВ или гуминовой кислотой. Если они присутствуют в воде, наночастицы могут пройти прямо через фильтр», — отметил Пеннелл.

В продолжении работы исследователи изучают более сложные вопросы транспорта в реальных почвах и с другими типами наночастиц. В конечном итоге цель — классифицировать наночастицы на основе их свойств и предсказывать их поведение в окружающей среде.

Источник: Технологический институт Джорджии