FKKT

Vsebinski uvod v projekt

V okolju se pojavljajo novi onesnaževalci, ki so velik izziv na področju zagotavljanja kakovosti vode in predstavljajo resno grožnjo zdravju ljudi ter globalnemu ekosistemu. Eden takšnih onesnaževalcev je tudi škodljiva plastika. Makro- in mikroplastični delci so že pritegnili veliko znanstvenoraziskovalno pozornost, še vedno pa je le malo znanega o delu manjših plastičnih delcev, ki ga naslavljamo s pojmom nanoplastika (NPL). Posebno slabo je raziskano področje migracije in povezanega razširjanja delcev NPL kot nove oblike nevarnih snovi – ti so lahko adsorbenti za različne polifluoroalkilne snovi (PFAS), sami pa se lahko adsorbirajo na različne mineralne delce.

Shema. Levo: Shematski prikaz transporta delcev NPL (kemijska struktura PET, PS in PE), in njihovih kompozitov z onesnaževalnimi adsorbenti in minerali. Desno: Kemijske structure nekaterih polifluoroalkilnih snovi (PFAS), ki so pogoste v industriji.

 

Običajne metode za sanacijo vode so neučinkovite za odstranjevanje škodljivih delcev NPL, novih trajnostnih rešitev v zvezi s tem pa še ni. Za zaustavitev onesnaževanje okolja z NPL bo potrebno ugotoviti, katere ukrepe in tehnološke postopke je mogoče razviti kot zanesljiva orodja za napovedovanje širjenja NPL v vodnih okoljih ter za učinkovito in ekonomično sanacijo vode.

Pri tem skupnem slovensko/madžarskem projektu k tej tematiki pristopamo večstransko, saj projekt zajema obravnavo procesov migracije, transporta in tudi sanacije, povezanih z nanoplastičnimi vodnimi onesnaževalci (velikost delcev pod 100 nm), ki so bili do sedaj v tem kontekstu večinoma spregledani. Dobra strokovna komplementarnost madžarske (vodja izr. prof. István Szilágyi) in slovenske projektne skupine ter kombinirane sistematične eksperimentalne in teoretične raziskave, so zelo dober obet za doseg zastavljenih ciljev. Laboratorij slovenskih partnerjev je opremljen s sofisticirano opremo za eksperimentalne metode sipanja svetlobe, reološke metode in visoko zmogljivim računalniškim sistemom za teoretične raziskave, na Univerzi v Szegedu pa so na voljo sodobna platforma za elektronsko mikroskopijo in splošne fizikalno-kemijske tehnike.

 

Cilji

Glavne cilje tega temeljnega eksperimentalno-teoretičnega raziskovalnega projekta lahko strnemo v tri točke: (i) Sistematične raziskave stabilnosti koloidnih disperzij NPL, agregacije in migracije NPL ob prisotnosti naravnih mineralov (kovinskih oksidov), s katerimi bomo pri različnih eksperimentalnih pogojih sledili konceptom širjenja NPL v vodnih okoljih; opisali bomo ključne lastnosti topil, ki vplivajo na migracijo NPL. (ii) S preučevanjem adsorpcijskih procesov per- in polifluoroalkilnih snovi (PFAS) na NPL in tudi koloidne stabilnosti sistemov NPL-PFAS bomo raziskali transport PFAS s pomočjo NPL; snovi PFAS so namreč tudi ena izmed problematičnih novih oblik vodnih onesnaževalcev. (iii) Razvili bomo stroškovno učinkovit in okolju prijazen pristop k sanaciji vode, ki bo temeljil na ex situ in in-situ procesih za odlaganje in odstranjevanje kompozitnih onesnaževal NPL in NPL PFAS iz vodnih vzorcev z uporabo biokompatibilnih glinenih materialov (plastoviti dvojni hidroksidi in halloysitne nanocevke) z različnimi sestavami in morfologijami. Obravnavali bomo tri vrste NPL, ki se najpogosteje pojavljajo v plastičnih odpadkih – polistiren, polietilen in poli(etilen tereftalat).

Shema: Levo – Adsorpcija polielektrolitov na plastične delce in koncentracijski efekt na naravo meddelčnih interakcij. Desno – Direktna in obratna Hofmeistrova vrsta anionov in kationov za opis destabilizacijskega efekta hidrofobnih plastičnih delcev z negativnim oziroma pozitivnim površinskim nabojem.

Pomemben cilj tega projekta je tudi teoretična in eksperimentalna raziskava solvatacije, strukturnih, reoloških in dinamičnih karakteristik PFAS v različnih topilih z uporabo eksperimentalne tehnike ozko- in široko-kotnega rentgenskega sipanja in računalniških simulacij molekulske dinamike v kombinaciji z metodo dopolnjenega sistema, ki smo jo razvili v naši skupini.

Rezultati raziskav bodo zanimivi tako z vidika bazičnih raziskav, kot tudi z vidika praktičnih disciplin, kot so biomedicina ter okoljska in živilska industrija, kjer kontaminacija z NPL predstavlja resen problem.

Faze projekta

Projekt je razdeljen na tri faze (T1 – migracija delcev NPL; T2 – transport PFAS; T3 – sanacija odpadnih vod), ki so shematsko prikazane na osnovnem grafičnem povzetku.

Rezultati

1. TAKÁCS, Dóra, SZABÓ, Tamás, JAMNIK, Andrej, TOMŠIČ, Matija, SZILAGYI, Istvan. Colloidal interactions of microplastic particles with anionic clays in electrolyte solutions. Langmuir. 2023, 39, 12835-12844. DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c01700. [COBISS.SI-ID 162892803]