Toxicita nulamocného nanoželeza a jeho osud v životním prostředí

Abstract

Elementární nanoželezo označované jako nulamocné nanoželezo (nanoscale zerovalent iron - nZVI) patří dnes již k běžně používaným materiálům v sanační praxi. Přestože celosvětové aplikace ukazují jeho vysokou efektivitu při degradaci a imobilizaci různých organických i anorganických polutantů, potenciálně negativní vliv nZVI na exponované organismy nebyl doposud dostatečně prozkoumán. Pro zhodnocení environmentálního rizika spojeného s aplikací tohoto materiálu je nutné především porozumět mechanismům jeho toxicity a celkovému vlivu na rezidentní mikrobiální společenstva. Tato práce se věnuje sumarizaci dosavadních znalostí o toxicitě nZVI a vývoji nových testů pro in vitro srovnávání akutní toxicity nově vyvíjených derivátů tohoto materiálu. Dále je v rámci této práce hodnoceno i riziko těchto materiálů spojené s vývojem toxicity v průběhu času - stárnutí nZVI. V poslední části je sledován a hodnocen vliv různých modifikací nZVI na mikrobiální společenstva v reálně kontaminované půdě s uměle vytvořenými mikrokosmy. Zároveň je v této části dále hodnocen potenciál materiálů na bázi nZVI pro využití v kombinaci s biostimulačním krokem při nanobioremediacích.

Nowadays, nanoscale zerovalent iron (nZVI) is a nanomaterial commonly used in remediation practice. Although worldwide applications of nZVI have shown its effectiveness in degradation and immobilization of a wide range of organic and inorganic pollutants, potential negative effects of nZVI on exposed organisms have not been sufficiently explored. To avoid possible environmental risks, understanding of the mechanism of nZVI toxicity and its overall effects on microbial populations indigenous to remediation sites is needed. The presented thesis summarizes current knowledge of nZVI toxicity, and, moreover, deals with the development and application of a new test for in vitro evaluation of acute toxicity caused by newly developed nZVI-based materials. Additionally, in this thesis, the risk associated with changes in the toxicity of the aforementioned materials during the aging process was examined. In the last part, the effect of several nZVI-based materials on microbial communities of a real contaminated soil was monitored and evaluated using artificial microcosms. In addition, in this part, the potential of nZVI and its derived materials in combination with a biostimulation step during nanobioremediation is outlined.