Malinger og belægninger, der indeholder nanopartikler med bakteriedræbende midler, bekæmper havforurening

Forskere ved Johannes Gutenberg Universitet Mainz (JGU) i Tyskland har opdaget, at bittesmå vanadiumpentoxid -nanopartikler kan hæmme væksten af ​​spiser, bakterie, og alger på overflader i kontakt med vand, såsom skibsskrog, havbøjer, eller offshore platforme. Deres eksperimenter viste, at stålplader, hvortil der var påført en belægning indeholdende dispergerede vanadiumpentoxidpartikler, kunne udsættes for havvand i flere uger uden dannelse af aflejringer af havfisk, bakterie, og alger. Sammenlignet med, plader, der kun var belagt med skibets normale maling, udviste massiv tilsmudsning efter udsættelse for havvand i samme periode. Opdagelsen kan føre til udviklingen af ​​nye beskyttende, antifouling belægninger og maling, der er mindre miljøskadelige end de skibsbelægninger, der i øjeblikket bruges.

Havforurening er et problem, der koster skibsfarten mere end 200 milliarder dollars om året. Akkumulering af organismer som alger, muslinger, og havfugle øger genstandenes vandmodstand og, som konsekvens, brændstofforbrug. Det betyder ekstra omkostninger for rederier og, værre endnu, øget miljøskade på grund af ekstra CO ₂ emissioner. Inden for få måneder, et undervandsbådsskrog kan være fuldstændig dækket og tilgroet med organismer. Ifølge Lloyds, det betyder en stigning i brændstofforbruget på op til 28 procent og omkring 250 millioner tons ekstra CO ₂ emissioner om året. Selv om det i nogen grad er muligt at modvirke denne effekt ved brug af malingshæmmende maling, konventionelle biocider er mindre effektive og kan have negative miljøkonsekvenser. Ud over, mikroorganismer kan udvikle resistens over for dem.

Det var en af ​​naturens egne forsvarsmekanismer, der gav inspiration til den tilgang, som nu holdes af forskerteamet, der arbejder under professor Dr. Wolfgang Tremel fra Institut for Uorganisk Kemi og Analytisk Kemi ved JGU. Visse enzymer, der findes i brun- og rødalger, producerer halogenforbindelser, der har et biocidpotentiale. Det antages, at disse syntetiseres af algerne for at beskytte dem mod mikrobielle angreb og rovdyr. Kemikerne ved Mainz University besluttede at efterligne denne proces ved hjælp af vanadiumpentoxid -nanopartikler. Ifølge deres artikel offentliggjort i Naturnanoteknologi , vanadiumpentoxid (V ₂ O ₅ ) nanopartikler har "en iboende biomimetisk bromeringsaktivitet [...], som gør dem til et praktisk og omkostningseffektivt alternativ til konventionelle kemiske biocider." Vanadiumpentoxid fungerer som en katalysator, således at hydrogenperoxid og bromid kombineres til små mængder hypobromsyre, som er meget giftig for mange mikroorganismer og har en udpræget antibakteriel virkning. De nødvendige reaktanter findes i havvand:Dette indeholder allerede bromidioner, mens der dannes små mængder hydrogenperoxid, når det udsættes for sollys.

Processen er blevet demonstreret både under laboratorieforhold og i naturligt havvand. Det har kun meget minimale konsekvenser for miljøet, fordi effekten er begrænset til mikrooverflader. Metaloxidet er særlig stærkt, når det er til stede i form af nanopartikler, fordi da, på grund af det større overfladeareal, der er en forstærket katalytisk effekt.

"Vanadiumpentoxid -nanopartikler, på grund af deres dårlige opløselighed og det faktum, at de er indlejret i belægningen, er betydeligt mindre giftige for havlivet end de tin- og kobberbaserede aktive stoffer, der anvendes i de kommercielt tilgængelige produkter, "forklarer Wolfgang Tremel. Efter hans opfattelse, skibes belægninger baseret på vanadiumpentoxid kan være et praktisk og omkostningseffektivt alternativ til konventionelle kemiske biocider. "Her har vi en miljøkompatibel komponent til en ny generation af antifouling-maling, der anvender den naturlige forsvarsmekanisme, der bruges af marine organismer."

Ron Wever, teamets hollandske samarbejdspartner fra University of Amsterdam, har undersøgt sådanne naturlige forsvarsmekanismer i de sidste 15 år. Han foreslog at tilføje det involverede enzym, dvs. vanadiumhaloperoxidase, til malingshæmmende maling. Kemikerne i Mainz arbejder nu sammen med Wever for at udvikle vanadiumpentoxid -nanopartikler. "Vanadiumpentoxidpartikler er betydeligt billigere og også mere stabile end genetisk producerede enzymer, "tilføjer han.

En forskningsgruppe ledet af Dr. Klaus Peter Jochum fra Max Planck Institute for Chemistry i Mainz har udført forsøg for at afgøre, om brugen af ​​vanadiumpentoxid kan have en negativ indvirkning på miljøet. Ved hjælp af et meget følsomt ICP -massespektrometer, forskerne fastslog koncentrationen af ​​vanadium i forskellige prøver af havvand, der havde været udsat for det belagte materiale i forskellige tidsrum. Resultaterne viste, at niveauerne kun var lidt forhøjet over den normale gennemsnitlige vanadinkoncentration i havvand. Det kan således konkluderes, at kun meget små mængder vanadium vandrer fra belægningen til havvand og dermed ikke har nogen negativ indvirkning på miljøet.