FKKT

Vsebinski povzetek projekta

Skupni projekt NKFIH/ARIS (SNN142258/N1-0308) je obravnaval nanoplastiko v vodnem okolju kot novo skupino onesnaževal, pri kateri so migracija, transport in možnosti sanacije določeni s koloidno stabilnostjo delcev. Raziskave so bile izvedene v sodelovanju slovenske in madžarske skupine in so sledile vsebinskim sklopom: T1 – migracija nanoplastike (NPL) v prisotnosti soli in mineralnih delcev, T2 – transport per- in polifluoroalkilnih snovi (PFAS) v povezavi z adsorpcijo na nanoplastiko ter T3 – sanacija vode z adsorbenti na osnovi biokompatibilnih glinenih materialov, zlasti s plastovitimi dvojnimi hidroksidi (LDH) in sorodnimi materiali.

Shema. Levo: Shematski prikaz transporta delcev NPL (kemijske strukture PET, PS in PE) in njihovih kompozitov z adsorbiranimi onesnaževali ali z mineralnimi delci. Desno: Kemijske strukture nekaterih industrijsko pomembnih per- in polifluoroalkilnih snovi (PFAS).
 

V sklopu T1 smo pokazali, da sestava elektrolita, ionska moč, valenca ionov in prisotnost mineralnih komponent odločilno vplivajo na agregacijo in stabilnost plastičnih delcev. V mešanih sistemih NPL/LDH smo potrdili heteroagregacijo, nevtralizacijo in obrat površinskega naboja ter obstoj stabilnih in nestabilnih režimov pri različnih masnih razmerjih delcev. V sklopu T2 smo pokazali, da je adsorpcija PFAS na delce NPL odvisna od naboja površine, dolžine fluorokarbonske verige in vrste funkcionalne skupine; PFOS izkazuje večjo afiniteto do pozitivno nabitih nanoplastičnih delcev kot PFOA. V sklopu T3 smo raziskovali odstranjevanje NPL in sorodnih kontaminantov iz vode z materiali LDH, z in situ sintezo adsorbentov ter z zasnovo kompozitnih materialov.

Projekt je prinesel štiri skupne znanstvene članke slovenskih in madžarskih raziskovalcev, predstavitve na konferencah ter dodatne ločene objave obeh skupin. V postopku obravnave za objavo sta še dva skupna rokopisa, na madžarski strani pa zaradi podaljšanja projekta do 30. 06. 2026 pričakujemo še nekaj objav. Rezultati projekta prispevajo k fizikalno-kemijskemu razumevanju migracije, transporta in sanacije novih vodnih onesnaževal ter predstavljajo podlago za razvoj učinkovitejših pristopov za oceno okoljskega tveganja in čiščenje voda.

 

Cilji in realizacija

Projekt je bil zasnovan v treh medsebojno povezanih sklopih: T1 – migracija nanoplastike v vodnem okolju, T2 – transport PFAS v povezavi z nanoplastiko in T3 – sanacija vode z uporabo biokompatibilnih glinenih ter sorodnih adsorpcijskih materialov. V prvem sklopu smo kvantitativno pojasnili vpliv vrste soli, ionske moči, valence ionov in prisotnosti mineralnih delcev na agregacijo, heteroagregacijo, stabilnost in s tem migracijo nanoplastike. V drugem sklopu smo pojasnili adsorpcijo PFAS na nanoplastiko, regulacijo naboja, agregacijo ter so-transport PFAS in nanoplastike. V tretjem sklopu smo eksperimentalno utemeljili ex situ remediacijski pristop z delci LDH, preverili konceptualno izvedljivost in situ pristopa ter vzpostavili osnovo za razvoj kompozitov tipa LDH-HNT.

Shema: Levo: Adsorpcija polielektrolitov oziroma nasprotno nabitih delcev na plastične delce in vpliv doze na naravo meddelčnih interakcij. Desno: Direktna in obratna Hofmeistrova vrsta anionov in kationov za opis destabilizacijskega učinka pri hidrofobnih plastičnih delcih z negativnim oziroma pozitivnim površinskim nabojem.

Pomemben metodološki rezultat projekta je bil tudi razvoj izboljšanega postopka kotno odvisne korekcije absorpcije rentgenskih žarkov za SAXS/SWAXS podatke. Ta rezultat je bil ključen za obravnavo močno absorbirajočih fluoriranih sistemov (PFAS) in predstavlja trdno osnovo za nadaljnje raziskave solvatacije PFAS, asociacije PFAS z nanoplastiko ter zanesljivo interpretacijo eksperimentalnih podatkov s podporo simulacij molekulske dinamike.

Projekt je bil po svoji naravi temeljni raziskovalni projekt. Njegov pomen je v ustvarjanju novega znanja na presečišču fizikalne kemije, koloidne znanosti in okoljske kemije, v krepitvi metodoloških kompetenc slovenske skupine ter v utrditvi mednarodnega sodelovanja med slovenskim in madžarskim partnerjem.

 

Faze projekta in njihova realizacija

• T1 – migracija NPL: doseženo v celoti; pojasnili smo vpliv soli, mineralnih delcev in heteroagregacije na stabilnost ter migracijo nanoplastike.
• T2 – transport PFAS: doseženo v zelo visoki meri; pojasnili smo adsorpcijo PFAS, regulacijo naboja in so-transport PFAS z nanoplastiko, del strukturne SAXS/SWAXS analize pa je prerasel v samostojen metodološki rokopis.
• T3 – sanacija vode: doseženo v zelo visoki meri; ex situ pristop z delci LDH je bil eksperimentalno utemeljen, in situ pristop preverjen na konceptualni ravni, za kompozite LDH-HNT pa je bila vzpostavljena fizikalno-kemijska in strukturna osnova za nadaljnji razvoj.

Rezultati in bibliografija

Med neposredne rezultate projekta sodi pet ključnih skupnih objav partnerskih skupin, dodatne povezane objave slovenske in madžarske skupine ter en skupni rokopisa v recenzijskem postopku.

Ključni skupni dosežki projekta:
 

1. D. Takács, T. Szabó, A. Jamnik, M. Tomšič, I. Szilágyi. Colloidal Interactions of Microplastic Particles with Anionic Clays in Electrolyte Solutions. Langmuir, 2023, 39(36), 12835-12844. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c01700 [COBISS.SI-ID 162892803]
    
2. K. Bere, B. Bakk, E. Illés, M. Kocsis, A. Jamnik, M. Tomšič, I. Szilágyi. Role of Fluorocarbon Chain Length in the Adsorption of Perfluoroalkyl Substances on Nanoplastic Particles. ACS ES&T Water, 2024, 4, 5114-5121. DOI: https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00689 [COBISS.SI-ID 223993347]
    
3. T. Péter, D. Takács, S. Sáringer, A. Szerlauth, K. Sajdik, G. Galbács, M. Tomšič, S. Shaw, K. Morris, G. Douglas, I. Szilágyi. Interaction between Uranyl Cations and Layered Double Hydroxide Nanoparticles: Implications for Nuclear Wastewater Management. ACS ES&T Water, 2024, 4(7), 3059–3067. DOI: https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00313 [COBISS.SI-ID 204971011]
    
4. Z. V. Árok, S. Sáringer, D. Takács, C. Bretz, Á. Juhász, S. Puskás, I. Szilágyi, M. Tomšič, A. Jamnik. Structure of the Scleroglucan Biopolymer in Aqueous Solutions of Inorganic Salts and Ionic Liquids. ACS Omega, 2025. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c02212 [COBISS.SI-ID 272762627]
    
5. P. Tamás, D. Takács, B. Katana, Ş. M. Simav, G. Terjéki, V. Hornok, S. Sáringer, M. Tomšič, I. Szilágyi. PFAS-Induced Charge Regulation and Aggregation in Polystyrene Nanoplastic Colloids. The Journal of Physical Chemistry Letters. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c00866 [COBISS.SI-ID 277371395]

Dodatne objave slovenske skupine, povezane s projektom:
 

1. M. Gudelj, M. Kranjac, L. Jurko, M. Tomšič, J. Cerar, A. Prkić, P. Bošković. Structure and Potential Application of Surfactant-Free Microemulsion Consisting of Heptanol, Ethanol and Water. Colloids and Interfaces, 2024, 8(5), 53. DOI: https://doi.org/10.3390/colloids8050053 [COBISS.SI-ID 209555203]
    
2. M. Gudelj, M. Kranjac, I. Hajdin, M. Tomšič, J. Cerar, A. Prkić, P. Bošković. Design of Surfactant-Free Microemulsions Composed of n-Pentanol, Ethanol, and Water: Application in Silica Nanoparticle Synthesis. Inorganics, 2025, 13(12), 392. DOI: https://doi.org/10.3390/inorganics13120392 [COBISS.SI-ID 259767811]
    
3. I. Milošev, T. Pavlovčič, M. Tomšič. Molybdate and Vanadate Ions as Corrosion Inhibitors for Clad Aluminium Alloy 2024-T3. Electrochimica Acta, 2024, 504, 144893. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.144893 [COBISS.SI-ID 205238275]
    
4. I. Elrefaey, H. Mahgoub, C. Vettorazzo, M. Marinšek, A. Meden, A. Jamnik, M. Tomšič, M. Strlič. Investigation of the Structural Changes in Silk due to Tin Weighting. Polymers, 2024, 16, 2481. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16172481 [COBISS.SI-ID 206222851]
    
5. L. Brenjo, A. Oklješa, M. Tomšič, B. Barta Holló, J. Nešić, E. Tóth, Č. Podlipnik. Polymethylenetetrazole: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. Molecules, 2024, 29, 3389. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules29143389 [COBISS.SI-ID 270394371]
    
6. R. Masimov, M. Tomšič, E. K. Wasan, et al. External Electric Field Modulation of Polyelectrolyte Complex Nanoparticles for Vaccine Delivery. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 2026, 117, 108031. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jddst.2026.108031 [COBISS.SI-ID 266243843]

Dodatne objave madžarske skupine, povezane s projektom:
 

1. N. B. Alsharif, T. G. Halmágyi, M. A. Hempenius, G. J. Vancso, C. Nardin, I. Szilágyi. Nanoscale, 2023, 15, 11875–11883.
    
2. K. Bere, X. Xiong, S. Sáringer, G. Douglas, I. Szilágyi. Journal of Molecular Liquids, 2023, 384, 122285.
    
3. B. Katana, J. Baptista, R. Schneider, R. J. de Oliveira, I. Szilágyi. Journal of Physical Chemistry B, 2024, 128, 6957–6965.
    
4. S. Sáringer, G. Terjéki, Á. Varga, J. Maléth, I. Szilágyi. Langmuir, 2024, 40, 16338–16348.
    
5. Z. V. Árok, S. Sáringer, G. Papp, Á. Juhász, S. Puskás, I. Szilágyi. Energy & Fuels, 2024, 38, 6798–6805.

Rokopis v recenzijskem postopku:
 

1. J. Kovač, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. Angle-Dependent X-Ray Absorption Correction in SWAXS: Accounting for Constrained Scattering Volume, Beam Profiles and Capillary Wall Attenuation. Rokopis oddan reviji Journal of Applied Crystallography.

Prispevki na konferencah:
 

1. K. Kokalj, M. Tomšič, A. Jamnik. Simulacije molekulske dinamike fluoriranega etanola [poster], 13. konferenca fizikov v osnovnih raziskavah, Brdo pri Kranju, 18. november 2024. [COBISS.SI-ID 223801091]
    
2. J. Kovač, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. A SAXS and MD study of fluorinated alcohols inspired by environmental concerns regarding PFAS [poster]. V: MICROPLASTICdays: shaping the future of microplastic research, Faculty of Chemistry and Chemical Technology, Ljubljana, Slovenia, 25–27 March 2025: book of abstracts, str. 39. ISBN 978-961-7078-54-1. https://planterastics.fkkt.uni-lj.si/wp-content/uploads/2025/04/BOOK-OF-ABSTRACTS.pdf. [COBISS.SI-ID 234793219]
    
3. J. Kovač, M. Tomšič, A. Jamnik. Structural investigation of different liquid fluorinated butanols using molecular dynamics simulations and X-ray scattering [lecture]. V: Postgraduate Chemical Sciences 2025: PRECISE2025 International Conference, book of abstracts, June 5–6, 2025, str. 38. https://fkkt.uni-lj.si/fileadmin/user_upload/za_studente/PRECISE2025_Conference_Abstract_Booklet.pdf. [COBISS.SI-ID 241032963]
    
4. J. Kovač, K. Kokalj, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. From hydrogen to fluorine: structural and dynamic consequences in alcohols explored by MD and SWAXS [lecture]. V: Chemistry, Physics and Biology of Colloids and Interfaces, Eger, Hungary, 15–19 June 2025: book of abstracts, str. 33. https://bit.ly/3SNWp99. [COBISS.SI-ID 241796355]
    
5. J. Kovač, K. Kokalj, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. Fluorinated alcohols as PFAS models: structural insights from SWAXS and molecular simulations [poster]. V: 39th ECIS and UK Colloids 2025, Bristol, UK, 7–12 September 2025: poster booklet, str. 117. [COBISS.SI-ID 266138883]
    
6. J. Kovač, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. Understanding fluorination effects on butanol derivatives using molecular simulations and X-ray scattering. V: At the Crossroads of Three Realms: Cutting Edge Conference 2025, Faculty of Chemistry and Chemical Technology, Ljubljana, 15 September 2025: book of abstracts, str. 25. ISBN 978-961-7078-60-2. http://www.cutting-edge.si/wp-content/uploads/2025/09/CE-BoA-2025.pdf. [COBISS.SI-ID 249204995]
    
7. J. Kovač, K. Kokalj, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. Structural and dynamic effects of fluorination of alcohols: insights from MD simulations and SWAXS [oral presentation]. V: Slovenski kemijski dnevi 2025 = 31st Annual Meeting of the Slovenian Chemical Society, Portorož, Slovenia, 17–19 September 2025: book of abstracts, str. 88. ISBN 978-961-95922-5-0. https://skd2025.chem-soc.si/wp-content/uploads/2025/08/1SKD-2025-Book-of-Abstracts-260825-compressed.pdf. [COBISS.SI-ID 253042435]