Fate of fullerenes in water

Koolstof nanodeeltjes, zoals fullerenen, maken dat ze veelvuldig toegepast in persoonlijke verzorgingsproducten, medicijnen, en zonnecellen. De eigenschappen van geproduceerde nanodeeltjes worden op steeds grotere schaal onderzocht vanwege toepassingen, maar ook vanwege hun mogelijke risico’s voor mens en milieu. Veel studies naar de risico’s van nanodeeltjes zijn gericht op C60, terwijl in commerciële toepassingen zoals zonnecellen vooral gefunctionaliseerde fullerenen worden gebruikt omwille van hun betere oplosbaarheid in oplosmiddelen en elektrische eigenschappen. Er is een gebrek aan informatie over de eigenschappen en het gedrag in het milieu van deze gefunctionaliseerde fullerenen. Het is daarom van belang dat naast C60 ook het gedrag van gefunctionaliseerde fullerenen in waterige matrices met verschillende eigenschappen wordt onderzocht. In deze studie is de colloïdale stabiliteit van C60 en [6,6]-diphenyl-C62-bis(butyric acid methyl ester) onder invloed van humuszuren en zouten (NaCl and CaCl2) bestudeerd in een statisch experiment. De concentraties van fullerenen in suspensie zijn bepaald met vloeistofchromatografie gekoppeld aan een Orbitrap massaspectrometer. De deeltjesgrootte van de aggregaten is bepaald met verschillende lichtverstrooiingstechnieken en bleek ongeveer 200 nm zonder toevoeging van zout en humuszuur. De toevoeging van zout leidde tot de vorming van grotere aggregaten. Bovendien bleek het bivalente kation Ca2+ een sterker effect op de deeltjesgrootte te hebben dan het monovalente Na+. Daarnaast bleek het toevoegen van relatief lage concentraties humuszuur (2 mg C/L) in combinatie met NaCl de aggregaten in suspensie te stabiliseren. De combinatie van humuszuren en CaCl2 leidde echter tot de precipitatie van de humuszuren en daarmee ook tot co-precipitatie van de fullerenen. Deze resultaten laten zien dat (gefunctionaliseerde) fullerenen waarschijnlijk relatief makkelijk precipiteren in natuurlijke watersystemen, omdat lage concentraties humuszuren en gehalten van Ca2+ al leiden tot precipitatie van humuszuren en co-precipitatie van fullerenen. Dit betekent dat flocculatie, een techniek die veelvuldig toegepast wordt in de waterzuivering, mogelijk een geschikt middel is om eventueel aanwezige (gefunctionaliseerde) fullerenen uit het water te verwijderen.