Radionuclide liquid wastes generated from nuclear facilities can affect humans and the environment, thus substantial attention for their safe management has been received worldwide. Treatment of radionuclide liquid wastes is an important step in its management. In the present work, new composite nanomaterials, graphene oxide base nanomaterial (GO) are developed for treatment purpose. Graphene oxide (GO), one of the most graphene derivatives, its unique properties, such as chemical stability, hydrophilicity, large surface area and functional groups, make them able to form strong chemical bonds with radionuclides. GO was successfully synthesized via Hummers method, characterized by Raman spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD), UV/Vis Spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Scanning electron microscopy (SEM) and applied as an adsorbent in removal of the metallic long-lived radionuclide 68Ge from of aqueous solution The method used for evaluation of nanomaterials retention properties was sorption experiment, being based on contact of solid material with tracer solution under defined boundary conditions (solid/solution ratio, solution composition etc.). Two sorption experimental methods were used in this study. Firstly, an aqueous solution of 68Ge radionuclide solution mixed with GO solution, the solution was filtered using syringe filter membrane unit and the aliquot was quantified by gamma spectrometry. Secondly, the 68Ge radionuclide was mixed with GO solid powder, suspension rotated in a mechanical shaker, centrifuged, an aliquot of 1.0 ml sample taken for gamma spectroscopy and the supernatant was put in an oven to dry overnight for characterization analysis. The results obtained from experiments were the evaluated, using sorption percentage equation and showed that the GO had much low sorption capacity for the pre-concentration of radionuclides from aqueous solutions. The function of the pH, the ionic strength and the reduction of GO will be investigated for future studies for the improvement of the research results. / Physics / M. Sc. (Physics)

The fast growing production of carbon based nanomaterials (CNMs) and their potential widespread use in consumer products raise concerns regarding their potential risks to human health and ecosystems. The present study investigated the role of photochemical transformation and natural organic matter (NOM) in the fate, transport, and toxicity of fullerenes and carbon nanotubes (CNTs) in natural aquatic systems, providing fundamental information for risk assessment and management. Photochemical transformation of aqueous fullerene nanoparticles (nC60) and CNTs occurs at significant rates under UVA irradiation at intensity similar to that in sunlight. The transformation processes are mediated by self-generated ROS, resulting in changes of surface structure depending on the initial surface oxidation state of CNMs. UVA irradiation leads to oxygenation of nC60 surface and decarboxylation of carboxylated multi-walled carbon nanotubes (COOH-MWNTs). The environmental transport of CNMs is significantly affected by their surface chemistry, concentration and species of electrolytes, and concentration and properties of co-existing NOM. In electrolyte solutions without NOM, the mobility of CNMs is largely decided by their surface chemistry, primarily the oxygen-containing functional groups. In NaCl solutions, UVA irradiation remarkably enhanced the mobility of nC60; conversely, it reduced nC60 stability in CaCl2 solutions. The mobility of COOH-MWNTs in NaCl solutions correlated well with the abundance of surface carboxyl groups. Humic acid, once adsorbed on the nC60 surface, can significantly enhance its stability through steric hindrance. The extent of stabilization depends on the amount and properties of humic acid adsorbed. Humic acid has limited adsorption on UVA-irradiated nC60. Soil humic acid is more efficient in stabilizing nC60 than aquatic humic acid due to its higher molecular weight. Humic acid immobilized onto the silica surface can potential enhance or hinder nC60 deposition, depending on the complex interplay of attractive and repulsive forces. MWNTs are more toxicity to bacteria, Escherichia coli, than COOH-MWNTs due to their higher bioavailability and oxidative capacity. Surface oxidation induced by •OH reduced the toxicity of MWNT while reactions with •OH have little effect on the COOH-MWNT toxicity. Antioxidants such as glutathione can effectively inhibit the antibacterial activity of MWNTs.

Diplomová práce se zabývá vlivem uhlíkatého plniva na životaschopnost a produkci extracelulárních látek vybrané bakterie Bacillus subtilis (CCM 1999) a kvasinky Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimikrobiální aktivita těchto částic, přítomných v kultivačním mediu, byla sledována pomocí následujících parametrů: růst daného mikroorganismu, produkce extracelulárních proteinů a v poslední řadě byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí, které mají úzkou souvislost s tvorbou biofilmu. Suspenze materiálů (0,135 mg/mL) byly připraveny ve dvou rozdílných kultivačních mediích; tzn. živné medium s obsahem glukózy pro Bacillus subtilis a bazální medium s přídavkem Tweenu 80 pro Yarrowia lipolytica, a media byla inokulována příslušným typem mikroorganismu. Experimenty probíhaly po dobu 6 dnů při rychlosti třepání 160 rpm a teplotě 30 °C pro Bacillus subtilis a 28 °C pro Yarrowia lipolytica. Testovány byly celkem tři typy uhlíkatého nanomateriálu, získané z Katedry anorganické chemie, Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Tyto materiály specifikované jako materiál “A”, “B” a “C” se navzájem lišily velikostí částic a stupněm oxidace. Na základě skríningových studií byla vybrána koncentrace testovaného materiálu 0,135 mg/mL a rychlost třepání 160 rpm. Metodou měření optické hustoty vzorku při 600 nm byly sestaveny a porovnány růstové křivky obou mikroorganismů v přítomnosti testovaných nanočástic po dobu 5 dní. Tímto způsobem bylo zjištěno, že přítomnost nanočástic v mediu nemá velký vliv na růst zkoumaného mikroorganismu. Tato metoda, je však pouze orientační, protože se nevyhneme chybě díky přítomnosti mrtvých buněk. Dále byla testována produkce celkových a extracelulárních proteinů daným mikroorganismem v přítomnosti testovaných nanočástic. Nebyla však pozorována výrazná odchylka hodnot od hodnot kontrolního vzorku, který neobsahoval testovaný materiál. Na základě metod počítání kolonií (Bacillus subtilis) a buněk (Yarrowia lipolytica) byly určeny ztráty životaschopnosti mikroorganismu ve 3 časech (6, 48 a 144 hodin); v kratším časovém intervalu byl růst spíše podporován. Dále byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí (EPS), tedy proteinů, redukujících substancí a polysacharidů. Tyto látky byly vylučovány daným mikroorganismem do prostředí v průběhu 24 hodin. Bacillus subtilis produkoval EPS ve větší míře než Yarrowia lipolytica. Předpokládáme, že produkce EPS by mohla souviset s tvorbou biofilmu, který chrání buňky před toxicitou nanočástic.