Untersuchung des Kristallisationsprozesses von Struvit unter Anwendung von in-situ Flüssigkeitsphasen- und kryogener Transmissionselektronenmikroskopie

• Antragstellerin: Dr. Helen Freeman, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389508713

Weltweit werden die natürlichen Phosphor-Vorkommen immer knapper und Phosphatgestein gilt als eine kritsiche Ressource. Diese Entwicklung hat zur Erforschung neuer Methoden zur Gewinnung von Phosphor aus alternativen Quellen geführt. Eine solche, reichlich vorhandene Phosphorquelle stellen kommunale und industrielle Abwässer dar, , aus denen Phosphor durch die Kristallisation des Minerals Struvit (Magnesium-Ammonium-Phosphat) extrahiert werden kann. Struvit kann dann direkt als Düngemittel genutzt werden und somit dazu beitragen, die endlichen Phosphor-Ressourcen zu bewahren. Allerdings hängt die Wirtschaftlichkeit dieses Rückgewinnungs-prozesses von einem besseren Verständnis der Struvit-Kristallisationsmechanismen ab. Nur mit diesem Wissen kann die Phosphorrückgewinnung mittels Struvitbildung effizient eingesetzt werden, umdie Umweltbelastung durch Phosphor auf die aquatische Umwelt und den Bedarf an Phosphorressourcen zu reduzieren. Die Bildung von Struvit aus wässrigen Lösungen ist bereits wissenschaftlich untersucht worden, jedoch meist nur durch indirekte Methoden, deren analytische Aussagekraft gemeinhin aufgrund unterschiedlicher Artefakte eingeschränkt ist. . Dies führt dazu, dass bisher noch kein einfaches mechanistisches Verständnis des Kristallisationsprozesses erreicht werden konnte. Daher schlage ich hier vor, eine Kombination von in-situ Flüssigkeitsphasen- und kryogener Transmissionselektronenmikroskopie anzuwenden, um alle Kristallisationsstufen von Struvit - von den anfänglich gelösten Ionen bis zum finalen Feststoff - in Echtzeit zu verfolgen. Aufgrund neuester Entwicklungen haben diese beiden Techniken unser Verständnis von Keimbildungs- und Kristallwachstumsprozessen verbessert, aber nie zuvor wurden sie am gleichen System angewandt. Zusammen kann Flüssigkeitsphasen- und kryogene Transmissionselektronenmikroskopie genutzt werden, um mittels bildgebender und mikrospektroskopischer Analysen sowohl zeitlich als auch räumlich höchst aufgelöste Informationen über den Kristallisationsprozess während seiner Entfaltung zu gewinnen. Durch dieses Wissenschaftsnetzwerk beabsichtige ich internationale Spitzenforscher auf den Gebieten der Flüssigkeitsphasen- und kryogenen Transmissionselektronenmikroskopie zusammenzubringen, um unter der Anwendung dieser Technologien ein besseres Verständnis der Struvit-Kristallisation zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Wissenschaftliche Netzwerke