Engineered nanomaterials (ENM) are already used in many products and consequently released into environmental compartments. In this study, we calculated predicted environmental concentrations (PEC) based on a probabilistic material flow analysis from a life-cycle perspective of ENM-containing products. We modeled nano-TiO2, nano-ZnO, nano-Ag, carbon nanotubes (CNT), and fullerenes for the U.S., Europe and Switzerland. The environmental concentrations were calculated as probabilistic density functions and were compared to data from ecotoxicological studies. The simulated modes (most frequent values) range from 0.003 ng L−1 (fullerenes) to 21 ng L−1 (nano-TiO2) for surface waters and from 4 ng L−1 (fullerenes) to 4 μg L−1 (nano-TiO2) for sewage treatment effluents. For Europe and the U.S., the annual increase of ENMs on sludge-treated soil ranges from 1 ng kg−1 for fullerenes to 89 μg kg−1 for nano-TiO2. The results of this study indicate that risks to aquatic organisms may currently emanate from nano-Ag, nano-TiO2, and nano-ZnO in sewage treatment effluents for all considered regions and for nano-Ag in surface waters. For the other environmental compartments for which ecotoxicological data were available, no risks to organisms are presently expected.

The aim of this study was to use a life-cycle perspective to model the quantities of engineered nanoparticles released into the environment. Three types of nanoparticles were studied: nano silver (nano-Ag), nano TiO2 (nano-TiO2), and carbon nanotubes (CNT). The quantification was based on a substance flow analysis from products to air, soil, and water in Switzerland. The following parameters were used as model inputs: estimated worldwide production volume, allocation of the production volume to product categories, particle release from products, and flow coefficients within the environmental compartments. The predicted environmental concentrations (PEC) were then compared to the predicted no effect concentrations (PNEC) derived from the literature to estimate a possible risk. The expected concentrations of the three nanoparticles in the different environmental compartments vary widely, caused by the different life cycles of the nanoparticle-containing products. The PEC values for nano-TiO2 in water are 0.7--16 microg/L and close to or higher than the PNEC value for nano-TiO2 (< 1 microg/L). The risk quotients (PEC/PNEC) for CNT and nano-Ag were much smaller than one, therefore comprising no reason to expect adverse effects from those particles. The results of this study make it possible for the first time to carry out a quantitative risk assessment of nanoparticles in the environment and suggest further detailed studies of nano-TiO2.

Not much is known so far about the amounts of engineered nanomaterials (ENM) that are produced but this information is crucial for environmental exposure assessment. This paper provides worldwide and Europe-wide estimates for the production and use of ten different ENM (TiO2, ZnO, FeO x , AlO x , SiO2, CeO2, Ag, quantum dots, CNT, and fullerenes) based on a survey sent to companies producing and using ENM. The companies were asked about their estimate of the worldwide or regional market and not about their company-specific production, information that they would be less likely to communicate. The study focused on the actual production quantities and not the production capacities. The survey also addressed information on distribution of the produced ENM to different product categories. The results reveal that some ENM are produced in Europe in small amounts (less than 10 t/year for Ag, QDs and fullerenes). The most produced ENM is TiO2 with up to 10,000 t of worldwide production. CeO2, FeO x , AlO x , ZnO, and CNT are produced between 100 and 1000 t/year. The data for SiO2 cover the whole range from less than 10 to more than 10,000 t/year, which is indicative of problems related to the definition of this material (is pyrogenic silica considered an ENM or not?). For seven ENM we have obtained the first estimates for their distribution to different product categories, information that also forms the base for life-cycle based exposure analysis.

Nanosilver is one nanomaterial that is currently under a lot of scrutiny. Much of the discussion is based on the assumption that nanosilver is something new that has not been seen until recently and that the advances in nanotechnology opened completely new application areas for silver. However, we show in this analysis that nanosilver in the form of colloidal silver has been used for more than 100 years and has been registered as a biocidal material in the United States since 1954. Fifty-three percent of the EPA-registered biocidal silver products likely contain nanosilver. Most of these nanosilver applications are silver-impregnated water filters, algicides, and antimicrobial additives that do not claim to contain nanoparticles. Many human health standards for silver are based on an analysis of argyria occurrence (discoloration of the skin, a cosmetic condition) from the 1930s and include studies that considered nanosilver materials. The environmental standards on the other hand are based on ionic silver and may need to be re-evaluated based on recent findings that most silver in the environment, regardless of the original silver form, is present in the form of small clusters or nanoparticles. The implications of this analysis for policy of nanosilver is that it would be a mistake for regulators to ignore the accumulated knowledge of our scientific and regulatory heritage in a bid to declare nanosilver materials as new chemicals, with unknown properties and automatically harmful simply on the basis of a change in nomenclature to the term "nano".

Concerns about the environmental risks of engineered nanomaterials (ENM) are growing, however, currently very little is known about their concentrations in the environment. Here, we calculate the concentrations of five ENM (nano-TiO2, nano-ZnO, nano-Ag, CNT and fullerenes) in environmental and technical compartments using probabilistic material-flow modelling. We apply the newest data on ENM production volumes, their allocation to and subsequent release from different product categories, and their flows into and within those compartments. Further, we compare newly predicted ENM concentrations to estimates from 2009 and to corresponding measured concentrations of their conventional materials, e.g. TiO2, Zn and Ag. We show that the production volume and the compounds' inertness are crucial factors determining final concentrations. ENM production estimates are generally higher than a few years ago. In most cases, the environmental concentrations of corresponding conventional materials are between one and seven orders of magnitude higher than those for ENM.

The widespread use of silver nanoparticles (Ag-NPs) in commercial products, especially textiles, will likely result in an unknown spread of Ag into the environment. The quantification and characterization of the Ag released from nano-Ag-products is an important parameter needed to predict the effect of Ag-NPs on the environment. The aim of this study was to determine the amount and the form of Ag released during washing from nine fabrics with different ways of silver incorporation into or onto the fibers. The effect of pH, surfactants, and oxidizing agents was evaluated. The results show that little dissolution of Ag-NPs occurs under conditions relevant to washing (pH 10) with dissolved concentrations 10 times lower than at pH 7. However, bleaching agents such as hydrogen peroxide or peracetic acid (formed by the perborate/TAED system) can greatly accelerate the dissolution of Ag. The amount and form of Ag released from the fabrics as ionic and particulate Ag depended on the type of Ag-incorporation into the textile. The percentage of the total silver emitted during one washing of the textiles varied considerably among products (from less than 1 to 45%). In the washing machine the majority of the Ag (at least 50% but mostly >75%) was released in the size fraction >450 nm, indicating the dominant role of mechanical stress. A conventional silver textile did not show any significant difference in the size distribution of the released silver compared to many of the textiles containing nano-Ag. These results have important implications for the risk assessment of Ag-textiles and also for environmental fate studies of nano-Ag, because they show that under conditions relevant to washing, primarily coarse Ag-containing particles are released.

Microplastic fibers make up a large proportion of microplastics found in the environment, especially in urban areas. There is good reason to consider synthetic textiles a major source of microplastic fibers, and it will not diminish since the use of synthetic fabrics, especially polyester, continues to increase. In this study we provide quantitative data regarding the size and mass of microplastic fibers released from synthetic (polyester) textiles during simulated home washing under controlled laboratory conditions. Consideration of fabric structure and washing conditions (use of detergents, temperature, wash duration, and sequential washings) allowed us to study the propensity of fiber shedding in a mechanistic way. Thousands of individual fibers were measured (number, length) from each wash solution to provide a robust data set on which to draw conclusions. Among all the variables tested, the use of detergent appeared to affect the total mass of fibers released the most, yet the detergent composition (liquid or powder) or overdosing of detergent did not significantly influence microplastic release. Despite different release quantities due to the addition of a surfactant (approximately 0.025 and 0.1 mg fibers/g textile washed, without and with detergent, respectively), the overall microplastic fiber length profile remained similar regardless of wash condition or fabric structure, with the vast majority of fibers ranging between 100 and 800 μm in length irrespective of wash cycle number. This indicates that the fiber staple length and/or debris encapsulated inside the fabric from the yarn spinning could be directly responsible for releasing stray fibers. This study serves as a first look toward understanding the physical properties of the textile itself to better understand the mechanisms of fiber shedding in the context of microplastic fiber release into laundry wash water.

Metal pollution of soils is widespread across the globe, and the clean up of these soils is a difficult task. One possible remediation technique is ex-situ soil washing using chelating agents. Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is a very effective chelating agent for this purpose but has the disadvantage that it is quite persistent in the environment due to its low biodegradability. The aim of our work was to investigate the biodegradable chelating agents [S,S]-ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS), iminodisuccinic acid (IDSA), methylglycine diacetic acid (MGDA), and nitrilotriacetic acid (NTA) as potential alternatives and compare them with EDTA for effectiveness. Kinetic experiments showed for all metals and soils that 24 h was the optimum extraction time. Longer times only gave minor additional benefits for heavy metal extraction but an unwanted increase in iron mobilization. For Cu at pH 7, the order of the extraction efficiency for equimolar ratios of chelating agent to metal was EDDS > NTA> IDSA > MGDA > EDTA and for Zn it was NTA > EDDS > EDTA >MGDA > IDSA. The comparatively low efficiency of EDTA resulted from competition between the heavy metals and co-extracted Ca. For Pb the order of extraction was EDTA > NTA >EDDS due to the much stronger complexation of Pb by EDTA compared to EDDS. At higher concentration of complexing agent, less difference between the agents was found and less pH dependence. There was an increase in heavy metal extraction with decreasing pH, but this was offset by an increase in Ca and Fe extraction. In sequential extractions EDDS extracted metals almost exclusively from the exchangeable, mobile, and Mn−oxide fractions. We conclude that the extraction with EDDS at pH 7 showed the best compromise between extraction efficiency for Cu, Zn, and Pb and loss of Ca and Fe from the soil.

The need for an environmental risk assessment for engineered nanomaterials (ENM) necessitates the knowledge about their environmental concentrations. Despite significant advances in analytical methods, it is still not possible to measure the concentrations of ENM in natural systems. Material flow and environmental fate models have been used to provide predicted environmental concentrations. However, almost all current models are static and consider neither the rapid development of ENM production nor the fact that many ENM are entering an in-use stock and are released with a lag phase. Here we use dynamic probabilistic material flow modeling to predict the flows of four ENM (nano-TiO2, nano-ZnO, nano-Ag and CNT) to the environment and to quantify their amounts in (temporary) sinks such as the in-use stock and ("final") environmental sinks such as soil and sediment. Caused by the increase in production, the concentrations of all ENM in all compartments are increasing. Nano-TiO2 had far higher concentrations than the other three ENM. Sediment showed in our worst-case scenario concentrations ranging from 6.7 μg/kg (CNT) to about 40 000 μg/kg (nano-TiO2). In most cases the concentrations in waste incineration residues are at the "mg/kg" level. The flows to the environment that we provide will constitute the most accurate and reliable input of masses for environmental fate models which are using process-based descriptions of the fate and behavior of ENM in natural systems and rely on accurate mass input parameters.

Nanoscale zero valent iron (NZVI) is emerging as a new option for the treatment of contaminated soil and groundwater targeting mainly chlorinated organic contaminants (e.g., solvents, pesticides) and inorganic anions or metals. The purpose of this article is to give a short overview of the practical experience with NZVI applications in Europe and to present a comparison to the situation in the USA. Furthermore, the reasons for the difference in technology use are discussed. The results in this article are based on an extensive literature review and structured discussions in an expert workshop with experts from Europe and the USA. The evaluation of the experiences was based on a SWOT (strength, weakness, opportunity, threat) analysis. There are significant differences in the extent and type of technology used between NZVI applications in Europe and the USA. In Europe, only three full-scale remediations with NZVI have been carried out so far, while NZVI is an established treatment method in the USA. Bimetallic particles and emulsified NZVI, which are extensively used in the USA, have not yet been applied in Europe. Economic constraints and the precautionary attitude in Europe raise questions regarding whether NZVI is a cost-effective method for aquifer remediation. Challenges to the commercialization of NZVI include mainly non-technical aspects such as the possibility of a public backlash, the fact that the technology is largely unknown to consultants, governments and site owners as well as the lack of long-term experiences. Despite these concerns, the results of the current field applications with respect to contaminant reduction are promising, and no major adverse impacts on the environment have been reported so far. It is thus expected that these trials will contribute to promoting the technology in Europe.