Как наночастицы перемещаются в окружающей среде

Углеродные нанотрубки годами остаются связанными в материалах, в то время как диоксид титана и наноцинк быстро вымываются из косметики и накапливаются в почве. В рамках Национальной исследовательской программы «Возможности и риски наноматериалов» (NRP 64) команда под руководством ученого Empa Бернда Новака разработала новую модель для отслеживания потока важнейших наноматериалов в окружающей среде.

Исследователи во главе с Берндом Новаком из Empa (Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий) создали компьютерную модель. «Наши оценки предлагают лучшие из доступных на данный момент данных о накоплении в окружающей среде наносеребра, наноцинка, нанодиоксида титана и углеродных нанотрубок», — говорит Новак.

В отличие от ранее использовавшихся статических расчетов, новая динамическая модель учитывает не только значительный рост производства и использования наноматериалов, но и тот факт, что разные наноматериалы применяются по-разному.

• Нанодиоксид титана и наноцинк в основном содержатся в косметике. Около половины этих наночастиц в течение года попадают в сточные воды, а оттуда — в осадок сточных вод (шлам).
• Углеродные нанотрубки интегрированы в композитные материалы (например, в ракетки для тенниса и рамы велосипедов) и остаются в них связанными. Их высвобождение может занять более десяти лет, когда эти продукты попадут на мусоросжигательный завод или будут переработаны.

39 000 метрических тонн наночастиц

Исследователи оценили годовое производство нанодиоксида титана в Европе в 39 000 метрических тонн — значительно больше, чем всех других наноматериалов вместе взятых. Их модель рассчитывает, какое количество попадает в атмосферу, поверхностные воды, донные отложения и почву, и накапливается там.

В странах ЕС, где осадок сточных вод используется в качестве удобрения (в Швейцарии эта практика запрещена), нанодиоксид титана сегодня достигает средней концентрации 61 микрограмм на килограмм в затронутых почвах.

Однако знание степени накопления в окружающей среде — это лишь первый шаг в оценке риска наноматериалов. Эти данные необходимо сравнить с результатами эко-токсикологических тестов и установленными законом пороговыми значениями.

Предыдущие работы со статической моделью показали, что концентрации всех четырех исследуемых наноматериалов, вероятно, не оказывают воздействия на окружающую среду. Но в случае с наноцинком его концентрация приближается к критическому уровню. Поэтому этот конкретный наноматериал должен быть приоритетным для будущих эко-токсикологических исследований, даже несмотря на меньшие объемы его производства по сравнению с нанодиоксидом титана.

Кроме того, до сих пор эко-токсикологические тесты проводились в основном на пресноводных организмах. Исследователи приходят к выводу, что приоритетом являются дополнительные исследования с почвенными организмами.