Untersuchung der Reaktivität von biotechnologisch magnetischen Magnetit-Nanopartikeln mit Metallen und Metalloiden

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler, seit 4/2020
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397843392

Globale Herausforderungen verbunden mit Schwermetall- und Metalloidverschmutzung in Trinkwasser sind weit verbreitet aufgrund der Nutzung in Elektronik, Industriellen Tätigkeiten oder Freisetzung bei Abfallentsorgung. Diese Herausforderungen schließen Gefahren für die menschliche Gesundheit und Lebensmittelversorgung ein, welche das Potential haben in kommenden Jahrzehnten an Schwere zuzunehmen. Um diese Probleme zu lösen, müssen alternative Strategien entwickelt werden um entweder Schadstoffe aus der Wasserversorgung zu entfernen nachdem sie in diese gelangt sind oder um sie daran zu hindern in das Ökosystem zu gelangen. Unter einigen der potentiell verfügbaren Optionen bleibt Adsorption eine der effektivsten, insbesondere, wenn Magnetit als Adsorbent benutzt wird. Magnetit ist ein gemischtvalentes, magnetisches Mineral, welches sowohl Fe(II) als auch Fe(III) enthält. Mikrobielle Strategien zur Herstellung von Magnetit-Nanopartikeln haben das Potential hoch magnetische Partikel mit engen Größenverteilungen entsprechend hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnissen, zusätzlich zu einem hohen Fe(II) Gehalt, zu produzieren. Außerdem sind diese Magnetitpartikel mit reaktiven organischen Verbindungen assoziiert und stellen eine kosteneffektive und umweltfreundliche Lösung dar, welche einen nachhaltigen Ansatz zur Sanierung von toxischen Metallen und Metalloiden bieten könnte.Dieser Antrag zielt darauf ab, natürlich vorkommende mikrobielle Prozesse zu nutzen, um biotechnologisch Magnetit-Nanopartikel zu synthetisieren, welche effizient und effektiv Metall-Redoxänderungen (d.h. Reduktion) induzieren sowie eine Reihe von toxischen Metallen und Metalloiden sorbieren und sequestrieren können. Wir wollen die zugrundeliegenden Prozesse, die stattfinden wenn sich diese Schadstoffe mit der Mineraloberfläche verbinden und die Stabilität der gebildeten Komplexe verstehen. Wir werden auch den potentiellen Einfluss von natürlichen organischen Stoffverbindungen mit reaktiven Oberflächenstellen am Mineral zu interferieren und potentiell zu blockieren, erkunden. Abschließend werden wir untersuchen wie Transportprozesse, wie kontinuierliche Strömungsbedingungen, die Wirksamkeit von biotechnologisch Magnetit-Nanopartikeln toxische Metalle und Metalloide in Systemen auf größerem Maßstab, analog zu einem Umweltsystem wie einem Aquifer, zu behandeln beeinflussen. Für diese Arbeit werden wir eine Reihe von Techniken einschließlich chemischer Standardanalysen, mineralogischer, magnetischer, elektronenmikroskopischer und synchrotron-basierender Methoden, anwenden. Das Hauptziel dieses vorgeschlagenen Promotionsprojektes wird es sein, unser Verständnis davon zu verbessern, wie toxische Metalle und Metalloide mit natürlich vorkommenden und biotechnologisch Mineralen assoziiert werden können, um zukünftige Sanierungsstrategien, die umweltfreundliche, nachhaltige und biologisch inspirierte (biotechnologisch) Ansätze verwenden, zu fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. James Byrne, bis 4/2020