Otěrové částice z frikčních kompozitů brzdových obložení automobilů a jejich vliv na biosystémy.

Hana Rajhelová

Doctoral thesis

Automotive brake wear particles and their potential impact on biosystems.

Anotácia:

Doprava je významným zdrojem emisí plynných a tuhých znečišťujících látek, které jsou uvolňovány do životního prostředí a mohou jej negativně ovlivňovat. Tato disertační práce se zaměřuje na studium otěrových částic z frikčních brzdových systémů osobních automobilů, které jsou jednou ze složek znečištění pocházejícího z dopravy a v důsledku minimalizace emisí ze spalovacích procesů získává tento zdroj znečištění větší pozornost průmyslu i výzkumníků. Hlavními cíli práce bylo provést komplexní charakterizaci otěrových částic z brzd, které byly generovány „full-scale“ brzdovým dynamometrem v laboratorních podmínkách. Tři vzorky suspendované frakce (AP1-3) a tři vzorky sedimentované frakce (NAP1-3) otěrových částic, byly podrobeny studiu pomocí skenovací i transmisní elektronové mikroskopie, rentgen fluorescenční a rentgen difrakční práškové analýzy, FTIR spektroskopie a Ramanovy mikrospektroskopie a analýzou distribuce velikosti částic. Studované částice jsou majoritně tvořeny železem a jeho oxidy a uhlíkem. AP částice se mediánovou velikostí pohybují okolo 11-16 µm, NAP pak okolo 72-81 µm. Bylo ovšem detekováno i nezanedbatelné množství částic v nanorozměrech v obou studovaných frakcích. U vybraných vzorků byly provedeny také analýzy pomocí elektronové paramagnetické rezonance, analýza vodného výluhu a stanovení přítomných organických látek metodou plynové chromatografie. Na provedenou charakterizaci navázalo studium vlivu otěrových částic z brzd na biosystémy in vitro, což je druhým cílem této práce. Využity byly metody stanovení peroxidace lipidů a karbonylace proteinů pro posouzení schopnosti studovaných vzorků vyvolávat v organismech oxidační stres. Dále byla studována akutní akvatická toxicita pro sladkovodní zelenou řasu Raphidocelis subcapitata a ovlivnění klíčení, růstu kořene a raného růstu vyšších rostlin Hordeum vulgare a Sinapis alba suspenzí i výluhem z vybraných AP vzorků brzdových otěrů. Z výsledků těchto provedených testů vyplývá, že otěrové částice z brzd mají potenciál negativně ovlivňovat životní prostředí i organismy, které v něm žijí.

Abstract:

The road traffic represents a major source of gaseous and particulate emissions, which could negatively affect the environment. This dissertation thesis focuses on studying the automotive brake wear particles as one of the traffic pollution components and due to minimization of exhaust emissions, this source is gaining more attention of industry and researchers as well. The main goal of the dissertation thesis is a complex characterization of the brake wear debris, which were generated by „full-scale“ brake dynamometer under laboratory conditions. Three samples of the suspended fraction (AP1-3) and three samples of the sedimented fraction (NAP1-3) were studied by the scanning and transmission electron microscopy, X-ray fluorescence analysis and X-ray powder diffraction, FTIR spectroscopy and Raman microspectroscopy and particle size distribution was evaluated. The studied particles mainly consist of iron and its oxides and of carbon. The median size of AP particles is around 11-16 µm, NAP is around 72-81 µm. A significant amount of nanoscale particles was detected in both studied fractions. The electron paramagnetic resonance, aqueous extract analysis and determination of present organic substances by gass chromatography was performed on the selected samples. The second goal of the dissertation is studying the brake wear debris impact on the biosystems in vitro. The methods of lipid peroxidation and protein carbonylation determination were used for the assessment of the samples capability to cause oxidative stress. Also the acute aquatic toxicity for freshwater green algae Raphidocelis subcapitata was studied. Effect of brake wear debris suspension and extract on the germination, root elongation and the early growth of higher plants of Hordeum vulgare and Sinapis alba was also studied. The tests results show the potential of negative impact of break wear particles on the environment and living organisms.

Kľúčové slová

frikční kompozity, otěrové částice z brzdových systémů, prvkové a fázové složení, peroxidace lipidů, karbonylace proteinů, akutní akvatická toxicita, fytotoxicita

Keywords

friction composites, brake wear debris, elemental and phase composition, lipid peroxidation, protein carbonylation, acute aquatic toxicity, phytotoxicity

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 2. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2024
• Vedúci: Jana Kukutschová
• Oponent: Vlastimil Matějka, Kateřina Malachová, Vladimír Adamec

VSB – Technical University of Ostrava

Univerzitní studijní programy

Doctoral programme / odbor:
Nanotechnologie / Nanotechnologie