• search hit 2 of 317
Back to Result List

Attachment of engineered silver nanoparticles to collector surfaces - A batch sorption study using model and environmental surfaces

  • A fundamental understanding of attachment of engineered nanoparticles to environmentalrnsurfaces is essential for the prediction of nanoparticle fate and transport in the environment. The present work investigates the attachment of non-coated silver nanoparticles and citraterncoated silver nanoparticles to different model surfaces and environmental surfaces in thernpresence and absence of humic acid. Batch sorption experiments were used for this investigation. The objective of this thesis was to investigate how silver nanoparticles interactrnwith surfaces having different chemical functional groups. The effect of presence of HA, on the particle-surface interactions was also investigated. In the absence of humic acid, nanoparticle-surface interactions or attachment was influencedrnby the chemical nature of the interacting surfaces. On the other hand, in the presence ofrnhumic acid, nanoparticle-surface attachment was influenced by the specific surface area of the sorbent surfaces. The sorption of non-coated silver nanoparticles and citrate coatedrnnanoparticles to all the surfaces was nonlinear and best described by Langmuir isotherm, indicating monolayer sorption of nanoparticles on to the surfaces. This can be explained as due to the blocking effect generated by the particle-particle repulsion. In the presence of humic acid, sorption of nanoparticles to the surfaces was linear. When the humic acid was present in the interacting medium, both the nanoparticles and surfaces were getting coated with humic acid and this masks the chemical functionalities of the surfaces. This leads to the change in particle-surface interactions, in the presence of humic acid. For the silver nanoparticle sorption from an unstable suspension, the sorption isotherms did not follow any classical sorption models, suggesting interplay between aggregation and sorption. Citrate coated silver nanoparticles and humic acid coated silver nanoparticles showed arndepression in sorption compared to the sorption of non-coated silver nanoparticles. In therncase of citrate coated silver nanoparticles the decrease in sorption can be explained by thernmore negative zeta potential of citrate coated nanoparticles compared to non-coated ones. For humic acid coated nanoparticles the sorption depression can be due to the steric hindrance caused by the free humic acid molecules which may coat the sorbent surface or due to the competition for sorption sites between the nanoparticle and free humic acid molecules present in the suspension. Thus nanoparticle surface chemistry is an important factor that determines the attachment of nanoparticles towards surfaces and it makes the characterization of nanoparticle surface an essential step in the study of their fate in the environment. Another aim of this study was to introduce the potential of chemical force microscopy for nanoparticle surface characterization. With the use of this technique, it was possible to distinguish between bare silver nanoparticles, citrate coated silver nanoparticles, and humic acid coated silver nanoparticles. This was possible by measuring the adhesion forces between the nanoparticles and five different AFM probes having different chemical functionalization.
  • Ein grundlegendes Verständnis der Anlagerung von künstlich hergestellten Nanopartikeln ist für die Prognose des Schicksals und Transports von Nanopartikeln in der Umwelt unerlässlich. In dieser Arbeit wurde die Anlagerung von unbedeckten und mit Citrat bedeckten Silbernanopartikeln an unterschiedliche Modell- und Umweltoberflächen in An- und Abwesenheit der Huminsäure untersucht. Für diese Untersuchungen wurden Sorptionsexperimente durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, wie die Silbernanopartikel mit Oberflächen wechselwirken, die verschiedene chemische funktionelle Gruppen besitzen. Dabei wurde ebenfalls der Effekt der Huminsäure auf die Wechselwirkungen zwischen Partikel und Oberfläche untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen Nanopartikel und Oberfläche sind in Abwesenheit der Huminsäure wahrscheinlich durch die chemische Natur der wechselwirkenden Oberflächen beeinflusst. In Anwesenheit der Huminsäure wurde diese chemische Sensitivität gegen Anlagerung von Nanopartikeln nicht beobachtet und die Sorption war durch die spezifische Oberfläche von Sorbentien beeinflusst. Die Sorptionsisothermen wurden für die Sorption von Silbernanopartikeln an allen Oberflächen in Abwesenheit der Huminsäure durch Langmuir-Modell beschrieben. Das deutete auf Monoschicht-Sorption der Nanopartikel an Oberflächen hin. Das kann durch den bei der Partikel-Partikel-Abstoßung generierten blockierenden Effekt erklärt werden. In Anwesenheit der Huminsäure zeigten alle Sorptionsisothermen ein lineares Verhalten. Wenn die Huminsäure im Wechselwirkungsmedium vorhanden war, waren die Nanopartikel und Oberflächen mit Huminsäure bedeckt. Dadurch wird die chemische Funktionalität von Oberflächen maskiert. Das führt zu den Unterschieden zwischen Partikel-Oberfläche-Wechselwirkungen in An- und Abwesenheit der Huminsäure. Die mit Citrat und Huminsäure bedeckten Silbernanopartikel zeigten eine Abnahme der Sorption an Oberflächen im Vergleich zu unbedeckten Silbernanopartikeln. Im Falle der mit Citrat bedeckten Silbernanopartikel kann die Abnahme der Sorption durch elektrostatische Kräfte erklärt werden, da diese Partikel ein mehr negatives Zetapotential zeigten. Die Sorptionsabnahme für die mit Huminsäure bedeckten Nanopartikel ist offensichtlich eine Folge der sterischen Behinderung, da es auf Grund der Sorption der Huminsäure an Oberflächen zur Konkurrenz zwischen Nanopartikeln und Huminsäuremolekülen für die Sorptionsplätze kommt. Durch die chemischen Eigenschaften der Nanopartikeloberfläche wird die Effizienz der Anlagerung an Oberflächen beeinflusst. Deswegen ist die Charakterisierung der Nanopartikeloberfläche ein wichtiger Schritt bei der Untersuchung des Schicksals von Nanopartikeln in der Umwelt. Ein anderes Ziel dieser Arbeit ist es das Potential der chemischen Kraftmikroskopie für die Charakterisierung von Nanopartikeloberflächen mit chemischer Sensitivität zu zeigen. Durch die Anwendung dieser Methode war es möglich zwischen unbedeckten, mit Citrat und Huminsäure bedeckten Silbernanopartikeln zu unterscheiden. Das wurde durch die Messung der Adhäsionskräfte zwischen Nanopartikeln und fünf verschiedenen Atomkraftmikroskope-Spitzen mit unterschiedlichen chemischen Funktionalisierungen ermöglicht.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Priya Mary Abraham
URN:urn:nbn:de:hbz:lan1-10966
Referee:Gabriele E. Schaumann, David Britt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2015/01/22
Date of publication:2015/01/22
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2015/01/16
Release Date:2015/01/22
Tag:chemical force microscopy; environmental surfaces; humic acid; silver nanoparticles; sorption
Number of pages:142
Institutes:Fachbereich 7 / Fachbereich 7
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG