Annons Kamstrup 2024

Hälsoeffekter av restpartiklar från kolnanorör

Internationell VA-utveckling 1/12

Nya material och molekyler hamnar i kretsloppet hela tiden. Som regel kan dessa ämnen med tiden detekteras i vatten och växa till hälso- och miljöproblem om halterna blir för höga. Nanotekniken är ett nytt område inom materialvetenskapen där många spännande lösningar inlemmas i den tekniska miljön med helt nya och okända material. Kommunal avloppsvattenrening är sällan utformad för att hantera de restpartiklar, emulsioner och organiskt material som nanotekniken ger upphov till.

Av: Kenneth M Persson

Simate och medarbetare (2012) diskuterar i en översiktsartikel vad en specifik grupp av nanomaterial kan tänkas ge för effekter på dricksvattenkvalitet och jämför denna grupp med etablerade vattenreningskemikalier. Det handlar om kolnanorör och de har läst över hundra vetenskapliga artiklar i ämnet, vilka sammanfattats i artikeln.

Kemikalier som kvarstår efter avloppsvattenbehandling kan bilda en mängd kända och okända biprodukter genom reaktioner mellan kemikalier och vissa föroreningar. Kronisk exponering för att dessa biprodukter eller restkemikalier genom intag av dricksvatten, inandning och hudkontakt under ordinarie inomhusverksamheten (som dusch, bad, matlagning) kan medföra allmänna och specifika risker för människors hälsa.

Kolnanorör består av kolatomer strukturerade i grafenlager rullade till en cylinder, ett minimalt rör. Grafen är ett monolager kolringar. Varje kolatom binder symetriskt till tre andra kolatomer i ett plan som i sin tur bildar sexkantiga ringar. Rören kan vara slutna eller öppna i sina ändar. Kolnanorör delas oftast in i två kategorier: enkelväggiga och flerväggiga. Ett kolnanorör av ett enda grafenlager kallas enkelväggiga kolnanorör eller på engelska SWCNT (Single Walled Carbon NanoTube). Flerväggiga kolnanorör, MWCNT, (från Multi-Walled Carbon NanoTubes)har flera grafenlager formade till koncentriska cylindrar, som binds samman av van der Waalskrafter. Eftersom flerväggiga kolnanorör består av flera grafenlager har dessa en större diameter än enkelväggiga kolnanorör. Typiskt är längden några eller många nanometer, medan diametern är någon nanometer (enkelväggiga 1-100 nm, ø 1-2 nm; flerväggiga 10-200 nm, ø 2-5 nm). Varje grupp kan i sin tur delas in en komplex blandning av rör med varierande längd, diameter, kristallstruktur, ytkemi m.m.

Kolnanorör har många spännande tekniska egenskaper eftersom de är ihåliga, lätta, smidiga, starka och elektriskt ledande. De återfinns redan i delar till bilar och flygplan, vindkraftsblad och sportutrustning, där de ger extra styrka utan att öka vikten. De återfinns också i mobiltelefoner och i bärbara datorer med uppladdningsbara litiumjonbatterier samt i båtbottenfärger. Totalt produceras över 1000 ton kolnanorör årligen. Några framtida potentiella applikationer som föreslagits för kolnanorör är tyger, byggnadsmaterial, elektronik, energisystem, biomedicin, membranteknik och medicinska tillämpningar. Tillverkningsmetoderna är det som främst begränsar ytterligare expansion. Det är nämligen komplicerat att massproducera kolnanorör av jämn och hög kvalitet. Den stora bulkanvändningen förväntas därför också framöver vara i kompositmaterial, som inte fordrar lika hög renhet och väldefinierade egenskaper som för mera sofistikerade tillämpningar.

Simate och medarbetare (2012) noterar att det inte finns några kliniska studier på hur kolnanorör påverkar människans hälsa. Med det finns tre allmänt accepterade faktorer, som bestämmer en partikels potential att orsaka skada: För det första är relationen mellan yta och massa/volym viktig. Ett kolnanorör har en mycket stor yt/volymkvot, där approximativt 35-40% av atomerna ligger på ytan av en 10 nm nanopartiklar jämfört med mindre än 20% för partiklar större än 30 nm. Denna stora yta gör att ett kolnanorör kan interagera starkare med andra ytor, till exempel cellmembran, och öka absorption och transport av giftiga ämnen.

För det andra är uppehållstiden viktig. Ju längre ett kolnanorör kan vara i kontakt med en annan yta, som ett cellmembran, desto större är skaderisken. Uppehållstiden omfattar även hur lättrörligt partikeln är och hur lätt den kan migrera genom omgivande vävnader.

För det tredje är partikeln reaktivitet eller inneboende toxicitet viktig för om kolnanorör är hälsoskadliga. Grafen är inte särskilt reaktivt i sig, men vid tillverkningen av kolnanorören används metaller som katalysatorer för att forma rören. Obehandlade kolnanorör kan innehålla förhöjda halter metaller från katalysen, som järn och nickel. Just nickelhaltiga kolnanorör har rapporterats vara toxiska. Även om metallkatalysatorn i stor utsträckning kan renas bort från bulkmaterialet kvarstår ändå signifikanta mängder. Vidare kan reningsprocesserna i sig skada slutproduktion, vilket gör att reningsgraden måste jämkas mot att den också kan tillföra kvalitetsbrister i det färdiga kolnanoröret. Så summan av kardemumman är att kolnanorör har egenskaper som kan orsaka skadliga hälso- och miljöeffekter och därför är ytterligare studier nödvändigt att fastställa deras inverkan, inte minst i dricksvatten.

Djurförsök visar att kolnanorör kan påverka lungfunktionen vid inandning, passera över mat-tarmkanalen och distribueras via blodet till andra delar av kroppen och ackumuleras i njure, lever och hjärna. Det finns vissa observationer som tyder på en genotoxisk effekt, där DNA:t kan påverkas, men en tolkning var att det var metallföroreningarna i kolnanorören som gav dessa effekter. Kolnanorör har lätt att självaggregera till stora knyten, vilket tenderar att öka med ökande halt.

Kolnanorör kan avlägsnas från vatten med olika metoder. Dokumenterade sätt är membranfiltrering och ultracentrifugering. Vid ökande mängd kolnanorör i samhället behöver reningsmetodernas effekt undersökas bättre. Det är föga troligt att dricksvatten kan beredas i stor skala genom ultracentrifugering. Membranteknik är mera trolig, men det kommer att dröja länge innan alla vattenverk har membranteknik som standard.

Författarna menar att varje kemikalie som används i, på eller nära dricksvattentäkter eller användas vid beredning av dricksvatten inte får utgöra ett folkhälsoproblem, och inte heller medföra att kemiska förändringar eller bildandet av biprodukter gör att föroreningshalter överskrider WHO:s riktvärden för dricksvatten. Det behövs studier av humantoxikologiska effekter av kolnanorör. Det behövs också arbete med metodutveckling för att kunna mäta kolnanorör i vatten. Slutligen måste också beredningsprocesser i vattenverken undersökas i större omfattning så att reningseffekterna dokumenteras.

Källa: Geoffrey S. Simate, Sunny E. Iyuke, Sehliselo Ndlovu, Mike Heydenrych och Lubinda F. Walubita: Human health effects of residual carbon nanotubes and traditional water treatment chemicals in drinking water. Environment International 39 (2012) 38–49

Artikeln i Environment International finns att köpa här.

Annons Wateraid