Nicolas Turtl

Nicolas Turtl

Otto-von-Taube-Gymnasium

 

Titel der Forschungsarbeit: Untersuchung fortschreitender Alterungsprozesse physikalischer und chemischer Eigenschaften magnetischer Nanopartikel

Fakultät: Fakultät für Maschinenwesen

Lehrstuhl: Professur für Selektive Trenntechnik

Betreuung: Dr. Sebastian Schwaminger

Abstract der Forschungsarbeit

In dieser Arbeit werden die fortschreitenden Alterungsprozesse physikalischer und chemischer Eigenschaften magnetischer Nanopartikel untersucht. Die Alterungsprozesse der mittels Kopräzipitation hergestellten Magnetitpartikel werden anhand elf unterschiedlich synthetisierter Proben über einen Zeitraum von 14 Wochen analysiert.

Die verwendeten Proben unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Temperatur wie auch der Stoffmengenkonzentration, in der die Partikel gelagert worden sind. Zusätzlich werden unterschiedliche pH-Werte mit Hilfe verschiedener komplexer Medien eingestellt. Letztlich werden auch die Alterungsprozesse der Nanopartikel, die mit anorganischen Stoffen versetzt worden sind, untersucht.

Als Vergleichsprobe dient die Probe „Referenz“, die bei Raumtemperatur gelagert wird. Zudem werden die Proben „Kühlschrank“ und „Gefroren“ analysiert, bei denen die magnetischen Nanopartikel im Kühlschrank bei 4 °C, beziehungsweise im Gefrierfach bei einer Temperatur von -20 °C, aufbewahrt werden. Verglichen werden diese Proben darüberhinaus mit Nanopartikeln, die unter Stickstoffatmosphäre verwahrt werden, sowie mit zwei Proben, in denen die Partikel mit Natriumchlorid versetzt worden sind. Bei einer Probe wird eine Stoffmenge von 100 mM an Natriumchlorid eingestellt, während sich in der anderen ein Mol Natriumchlorid befindet. Ergänzend werden Messungen von Nanopartikeln, gelagert in einer phosphat-gepufferten Salzlösung (pH-Wert von 7,4) sowie in einer mit TrisKaliumchlorid versetzten Lösung (pH-Wert von 7,8) und in dem Nährmedium LB gemacht.
Analog dazu werden die Alterungsprozesse der Probe mit der zehnfachen Konzentration an Eisenoxid-Nanopartikeln untersucht. Als letzter Vergleich dient eine Probe mit gefriergetrockneten, magnetischen Nanopartikeln.

Analysiert werden die Struktur sowie die Oberflächenladung der Teilchen, wodurch Aussagen über die fortschreitende Oxidation und Stabilität der Nanopartikel getroffen werden können. Somit werden die magnetischen Nanopartikel mittels der Ramanspektroskopie, der FourierTransformationsinfrarotspektroskopie und der Zetapotenzial-Messung untersucht.

Die stärkste Oxidation über den Zeitraum hinweg weisen die Nanopartikel auf, welche in der Probe „Referenz“ gelagert worden sind. Bei den gefriergetrockneten Partikeln kann auch eine deutliche Tendenz in Richtung einer partiellen Oxidation von Eisen(III)-Ionen zu Eisen(II)-Ionen beobachtet werden. Analog dazu verhält sich die 10x-Probe. Insgesamt sind deutlich größere Veränderungen hinsichtlich einer stärkeren Oxidation erwartet worden. Sowohl bei den im Kühlschrank als auch bei den im Gefrierfach gelagerten Eisenoxid-Partikeln ist eine geringe Oxidation nachzuweisen. Bei den Eisenoxid-Nanopartikeln der N2-Probe sieht man eine bemerkenswerte Oxidation, die ab Woche sieben durch einen zweiten Zeiteffekt, den einer vermutlichen CO2-Absorption, ersetzt wird. In den Salzlösungen erkennt man lediglich eine langsam fortschreitende und verzögerte Oxidation der Eisenpartikel, die sich den Erwartungen entsprechend verhält. Insgesamt weisen die Nanopartikel der gepufferten Lösungen die geringsten Veränderungen über die 14 Wochen hinweg auf und sind somit am stabilsten. In der LB Medium-Probe erkennt man ab der neunten Woche eine Bakterienentwicklung.