Universitätsbibliothek Wien

Transformations of Cu based nanomaterials in soil

Gerstmann, Brigitte Simone (2017) Transformations of Cu based nanomaterials in soil.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Hofmann, Thilo

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DOI: 10.25365/thesis.49631
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-23066.56516.762161-3

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Abstract in English

Plant protection products (PPPs) containing nanoparticles (NPs) are considered as one approach to reduce the environmental impact of agriculture. However, the use of such agents inevitably leads to the release of NPs into soils. This study focused on copper-containing PPPs whose soil behavior and transformations were studied in a 31-day soil incubation study. For this purpose, CuO NP, three selected copper-based PPPs or two control solutions were incubated in standard soil. Two main trends were identified in bioavailable Cu in soil: First, a decrease in Cu with increasing incubation time in the soil samples with the conventional pesticides and control solutions. This can be explained by the increasing complexation of dissolved copper, in particular by soil organic matter. Second, an increasing Cu concentrations were detected with increasing incubation time in the soil samples dosed with CuO NP. This is explained by ionic Cu release due to NP dissolution. Cu-containing NPs were successfully detected in two soil samples using spICP-MS: in the sample with the CuO NP and in one with a conventional PPP. The mean particle number and size decreased with time and the distribution diagrams shifted to smaller particle sizes. These trends also suggest NP dissolution in the soil. An important part of this work was the development of a data processing script for the spICP-MS raw data. It is based on a recognized statistical method and available in the free and open-source software R. The findings of this master's thesis may contribute to the safe design of new PPPs with the potential to reduce common Cu application levels and rates in agriculture.

Schlagwörter in Englisch

nanoparticle / copper / soil / plant protection products / environment

Abstract in German

Pflanzenschutzmittel, die Nanopartikel (NPs) enthalten, gelten in der Landwirtschaft als ein Ansatz zur Verringerung von Umweltauswirkungen. Der Einsatz solcher Mittel führt jedoch unvermeidbar zur Freisetzung von NP in Böden. In dieser Studie wurde ein Fokus auf Kupfer-haltige Produkte gelegt, deren Verhalten im Boden in einer 31-tägigen Bodenstudie untersucht wurde. Dazu wurden CuO NP, drei ausgewählte Pflanzenschutzmittel auf Kupferbasis oder zwei Kontrolllösungen in Standard- Boden inkubiert. Zwei Haupttrends wurden im Verhalten von bioverfügbaren Cu identifiziert: Eine Cu-Abnahme mit zunehmender Inkubations-Zeit in den Bodenproben mit den herkömmlichen Pflanzenschutzmitteln und den Kontrolllösungen. Das kann durch die zunehmende Komplexierung von gelöstem Kupfer insbesondere durch das im Boden enthaltene, organische Material erklärt werden. Im Gegensatz dazu wurden steigende Cu- Konzentrationen mit zunehmender Inkubations-Zeit in den Bodenproben mit CuO NP nachgewiesen. Cu-haltige NP wurden erfolgreich in zwei Bodenproben mit spICP-MS detektiert: In der Probe mit den CuO NP und in einer mit einem herkömmlichen Pflanzenschutzmittel. Die mittlere Partikelanzahl und –größe nahmen dabei mit zunehmender Zeit ab und die Verteilungsdiagramme verlagerten sich zu kleineren Partikelgrößen. Auch diese Trends weisen auf ein zunehmendes Auflösen der NP im Boden hin. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch ein Skript zur Datenverarbeitung (spICP-MS) entwickelt, das nicht nur auf einer anerkannten, statistischen Methode beruht, sondern auch in der gratis und open-source Software R zur Verfügung steht. Die Erkenntnisse dieser Masterarbeit können einen Beitrag zum sicheren Design neuer Pflanzenschutzmittel leisten, die gängige Cu-Aufwandmengen und – raten in der Landwirtschaft verringern könnten.

Schlagwörter in Deutsch

Nanopartikel / Kupfer / Boden / Pflanzenschutzmittel / Umwelt

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Gerstmann, Brigitte Simone
Title: Transformations of Cu based nanomaterials in soil
Umfangsangabe: xiv, 50, XVI Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Erdwissenschaften
Publication year: 2017
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Hofmann, Thilo
MitbetreuerIn: Laycock, Adam
Assessor: Hofmann, Thilo
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.95 Umweltgeologie, Geoökologie
43 Umweltforschung, Umweltschutz > 43.00 Umweltforschung, Umweltschutz: Allgemeines
43 Umweltforschung, Umweltschutz > 43.61 Umweltbelastung durch Land- und Forstwirtschaft
43 Umweltforschung, Umweltschutz > 43.12 Umweltchemie
38 Geowissenschaften > 38.69 Bodenkunde: Sonstiges
AC Number: AC14506984
Item ID: 49631
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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