Engineered nanoparticles (NPs) are produced in increased quantities. Due to this increase, itis vital to understand the full lifecycle and fate of these NPs to prevent any possible environmental stress. As a result of their size, NPs may interact differently with their environment compared to bulk materials with the same composition, this both gives NPs their usage as well as risks. The risks often include unwanted interaction with biological systems which may lead to generation of toxicity. This study focused on environmental transformations of manganese and manganese oxide (Mn3O4) NPs. Applications these nanoparticles are often in battery technology and catalysis. A solution intended to mimic the composition of freshwater was used as the environmental media to study these transformations. Exposure of NPs was performed both with and without added natural organic matter (NOM). Several experiments were preformed such as Atomic absorption spectroscopy (AAS) for dissolution of the NPs, Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) for particle size, and Attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR- FTIR) for adsorption studies. The production of reactive oxygen species (ROS) was also investigated, and simulations of metal speciation using Visual MINTEQ were also performed. The results from NTA and AAS (for Mn3O4) were not very reliable due to inconsistencies in the results which were probably caused by problems with preparation. However, for both, the results point towards that the dissolution rates of the particles are slightly slowed down when NOM is added. From ATR-FTIR and the simulations it was confirmed that NOM, carbonate, and sulfur will adsorb onto both particles, possibly in multiple layers. As for increased ROS development, no evidence of such an increase was found. However, the method used does not test for increased hydrogen peroxide development so this would in interesting test as well. Other studies which also would contribute to a more nuanced picture of this system is studies regarding zeta potential and studies which furtherinvestigates the type of adsorption mechanism which occurs at the particles surface. / Industriella nanopartiklar används i allt större utsträckning. Därför är det av stor vikt attundersöka hela livscykeln som dessa produkter går igenom for att säkerhetsställa att de inte utgör någon fara för miljön och ekosystemen som de kan komma att hamna i. Som ett resultat av deras storlek interagerar nanopartiklar annorlunda med sin omgivning om man jämför med bulkmaterial av samma sammansättning, detta nanopartiklar både sina unika fördelar och risker. Riskerna innefattar ofta oönskade interaktioner med biologiska kretslopp som kan resultera i toxicitet. I den här rapporten läggs fokus på just denna typ av kemiska omvandlingar som nanopartiklar av mangan och manganoxid kan tänkas genomgå i det naturliga kretsloppet. Applikationer man ofta ser dessa partiklar i är batteriteknologi och katalys. De medium som används för att studera omvandlingarna är en lösning som efterliknar ytvatten från en klar sjö. Exponeringar gjordes både med denna lösning så som den är och med tillsatt naturligt organiskt material, NOM.En rad olika experiment gjordes så som analyser med AAS för att undersöka partiklarnas upplösning, NTA för partikelstorlekar och ATR-FTIR som undersökte adsorption på partiklarna. Även en studie med en DCFH metod där ökat ROS aktivitet undersöktes och en rad med SHM simuleringar gjorda i Visual MINTEQ utfördes. Resultaten från NTA och AAS analysen visade sig inte vara särskilt tillförlitliga på grund av tvetydliga resultat som troligen orsakats av problem med provpreparationen. Men resultaten från båda dessa pekar mot att upplösningshastigheten blir något hämmad då man tillsätter naturligt organiskt material, för båda partiklarna. Från ART-FTIR och simuleringarna kunde de säkerhetsställas att adsorption av NOM, karbonat och svavel sker på båda partiklarna, möjligen i fler än ett lager. När det kommer till ROS studien kunde inga bevis på ökad ROS aktivitet hittas med den använda metoden. Dock så kunde inte ökat väteperoxid aktivitet mätas med den metod som användes så detta hade varit av intresse att testa i framtiden. Andra studier som också skulle vara hjälpsamma för att ge en mer nyanserad bild av detta system är en studie om partiklarnas zeta potential och merundersökningar om vilken typ av adsorptions mekanism som sker vid partiklarnas yta.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-289637 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Annie, Lundberg |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2020:607 |
Page generated in 0.138 seconds