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DFG Trilateral collaboration Deutschland-Israel-Palestine: 'Biotic and abiotic factor affecting biological soil crust formation and recovery in a semiarid dune ecosystem : Gaza and NW Negev'

Sandy soils of the arid/semiarid dune fields of the Palestinian Gaza Strip and the Israeli western Negev are extensively covered by biological soil crusts (BSC), which stabilize the surface and prevent desertification. Political discussions in Israel suggest transferring a large part of this sand belt to the Gaza Strip within a final peace accord. Inappropriate land uses may lead to destruction of the BSC and initiate desertification, as already occurring in parts of the Gaza Strip. In this interdisciplinary project the influence of environmental factors on the vitality, stability and the recovery potential of the BSC will be investigated in order to evaluate the carrying capacity of this fragile landscape, in relation to rainfall, soil and relief conditions. A transect stretching from the Mediterranean coast in the Palestinian Gaza Strip (370 mm rainfall) to 65 km southwards in Israel ( Nizzana , less than 100 mm rainfall) has been selected. The interactions of molecular biological, physiological, physical and soil chemical processes, expressed in specific characteristics of the BSC and the underlying soil, will be assessed from the molecular to the landscape scale.

Recycling von Übergangsmetall-Katalysatoren mit Hilfe der Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik durch Temperatursteuerung der Lösungseigenschaften

Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.

Verwundungsaktivierter Abbau des Sesquiterpens Caulerpenin: Mechanismus und ökologische Bedeutung

Ziel des Vorhabens ist es, Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen der Isoprenoid-Biosynthese in marinen Makroalgen zu erlangen. Dabei soll die Wehrchemie der invasiven Grünalge Caulerpa taxifolia als Modellsystem vertiefend untersucht werden. Die chemische Verteidigung der Alge basiert nahezu exklusiv auf einem einzelnen dominanten Sesquiterpen, dem Caulerpenin. Der Gesamtkomplex von den frühen Stufen der CaulerpeninBiosynthese über beteiligte Intermediate bis hin zur durch Fraß oder mechanische Beschädigung hervorgerufenen Aktivierung des Caulerpeninabbaus soll durch chemisch-analytische und proteinbiochemische Methoden untersucht werden. Um ein Bild über die beeindruckend effiziente Wehrchemie des Caulerpenins und seiner Folgeprodukte zu erhalten, sollen in Freilandversuchen die im Labor erhaltenen Erkenntnisse an mechanisch und durch Fraß geschädigten Algen und deren Fraßfeinden überprüft werden. Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen die bisherige Wissenslücke über die Isoprenoidbiosynthese in marinen Makroalgen füllen und die Voraussetzung zur vertiefenden mechanistischen Betrachtung der sehr weit verbreiteten auf Isoprenoiden basierenden Wehrchemie anderer mariner Algen schaffen.

Aufklärung des herbiziden Wirkmechanismus bei Addukten der Ascorbinsäure

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Pharmazie (Prof. Eger) wird der Wirkmechanismus verschiedener Michael-Addukte der Ascorbinsäure auf den Photosyntheseapparat untersucht. Der Wirkmechanismus konnte identifiziert werden. Das Ascorbinsäureaddukt zerstört die für die Zellfunktion entscheidenden Reduktionsäquivalente, so dass die Zellen kein ATP mehr bilden können. Die Arbeit wird nach Aufklärung der zellinternenen chemischer Umsetzungsreaktion mit den Reduktionsäquivalenten zur Publikation vorbereitet.

Grundlegende Untersuchungen ueber die Wechselwirkung zwischen Inhaltsstoffen von Verpackungsmaterialien und Lebensmitteln mittels neu entwickelter Methoden

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Polymeren zum Verpacken von Lebensmitteln geht derzeit verstaerkt in Richtung einer Erhoehung der Schutzwirkung gegen negative Umwelteinfluesse und der Lagerzeiten. Eine erhebliche gesundheitliche Bedeutung kommt hierbei der Kontamination von Lebensmitteln durch die technisch notwendigen und unvermeidlichen Kunststoffinhaltsstoffe zu, die durch Migration in Lebensmittel gelangen und u.a. unguenstige chemische Reaktionen eingehen koennen. Die bisherigen Methoden lassen nur begrenzte oder ungenuegende Aussagen ueber das Migrationsproblem und die entsprechenden stofflichen Wechselwirkungen zu. Es wird daher versucht, neue Messmethoden zu entwickeln, die es gestatten, in Kombination mit Analysegeraeten der modernen instrumentellen Analytik auch kleinste Mengen an fluechtigem und nicht fluechtigem Migrat bzw. dessen Umsetzungsprodukten im komplexen Naturstoffgemischen schnell und quantitativ nachzuweisen. Das Forschungsvorhaben wird im wesentlichen unter folgenden zwei Aspekten durchgefuehrt: 1. Durch Aehnlichkeitsbetrachtungen und Modelluntersuchungen unter Einbeziehung 'echter' Kunststoffadditive und Lebensmittel soll das Ausmass der Migration innerhalb kurzer Zeit abschaetzbar gemacht werden. 2. Es werden vertieft die physikalischen und chemischen Wechselwirkungen zwischen Kunststoffinhaltsstoffen und Lebensmittelbestandteilen untersucht. Dabei wird insbesondere die Wechselwirkung mit essentiellen und nur in geringer Konzentration vorliegenden Lebensmittelbestandteilen wie Vitamine, Spurenelemente, Aromakomponenten u.a. beruecksichtigt.

Abbau von chemischen Pflanzenschutzmitteln in pflanzlichen Zellkulturen

Erstellung zuverlaessiger Schnelltests zur Erfassung gebundener Rueckstaende in Nahrungsmittel (pflanzliche Erzeugung).

Quantitative Untersuchungen der sensibilisierten Photooxydation von gesaettigten Kohlenwasserstoffen in Oberflaechenfilmen auf Meerwasser

Gesaettigte Kohlenwasserstoffe ebenso wie Alkylaromaten werden bei Anwesenheit von Sauerstoff und geeigneten Sensibilisatoren (aromatische Ketone, Chinone) durch natuerliches Sonnenlicht zu Carbonylverbindungen abgebaut. Durch Modelluntersuchungen unter quasi-natuerlichen Bedingungen wurde gefunden, dass durch Kettenfragmentierung homologe Reihen entstehen, deren niedermolekulare Glieder Aceton, Acetaldehyd und Formaldehyd die hoeheren Homologen hinsichtlich ihrer Konzentration ueberwiegen. Zur Anreicherung hoeherer Homologen aus Meerwasser werden Sorptionsharze verwendet. Die Analytik stuetzt sich auf chromatographische Methoden und Massenspektrometrie. Fuer quantitative Untersuchungen wird als Reaktionsmedium steril-filtriertes Meerwasser benutzt, welches man nach Zugabe geringer Mengen des zu untersuchenden Kohlenwasserstoffes knapp unterhalb der Meeresoberflaeche natuerlichem Sonnenlicht aussetzt. Da bei sensibilisierten Reaktionen in verduennten, waessrigen Loesungen der molekulare Extinktionskoeffizient, welcher zur Bestimmung der Quantenausbeute erforderlich ist, schwer zu bestimmen ist, wird die Absorption des Substrates durch chemische Actinometer (p-Nitroacetophenon/Pyridin) ermittelt.

Entwicklungsarbeiten zum Einsatz von Redoxbarrieren bei der Ablagerung und Verwendung von anorganischen Rueckstaenden

Ziel des Vorhabens ist es bei der Neuanlage von Deponien aktive Redox-Barrieren einzusetzen, die eine in-situ-Fixierung von Schwermetallen ermoeglichen. Die Schwermetalle sollen ueber eine kontrollierte, mikrobiell katalysierte Sulfatreduktion mit organischen Reduktionsmitteln in einer Bentonitmatrix in extrem unloesliche Sulfide umgewandelt und fixiert werden. In den bisherigen Experimenten wurden geeignete Mikroorganismenquellen und organische Substrate ausgewaehlt und in batch-Reaktor-Experimenten eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen Schwellenwerte fuer pH (groesser 6,5) und Redoxpotential (kleiner -200 mV), die ueber-, bzw. unterschritten werden muessen, um die Sulfatreduktion ablaufen zu lassen. Die Anwesenheit von Schwermetallen erhoeht die Induktionsperiode der Reaktion. Sulfatreduktionsraten von 80 Prozent konnten erreicht werden. Zukuenftig sollen Saeulenexperimente unter Inertgasbedingungen in Bentonit-/Quarzsandgemischen durchgefuehrt und die Kinetik der Sulfatreduktion gesteuert werden. Geochemische Modellrechnungen sollen Aussagen ueber den thermodynamischen Stabilitaetsbereich der geochemischen Barriere als Funktion des pH und des Redoxpotentials ermoeglichen.

Gasreaktionen im fremdbeheizten Wirbelbett

Wirbelbettreaktoren werden fuer sehr unterschiedliche Fragestellungen der Energie-, Verfahrens-, und Umwelttechnik eingesetzt. Neben den primaer interessierenden heterogenen Reaktionen laufen auch immer damit gekoppelt homogene Gasphasenreaktionen ab, deren Besonderheit darin besteht, dass sie in der Naehe von grossen Partikeloberflaechen stattfinden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Pyrolyse und Verbrennungsreaktionen von einfachen Kohlenwasserstoffen, die der Fluidisierungsluft oder einem inerten Fluidisierungsgas in kleinen Konzentrationen beigemischt werden. Mit Hilfe eines Chrompack Gaschromatrografen CP09001 (3-Saeulen-Schaltung mit Molsieb 5 A, Al2O3/KCl und Poraplot Q, WLD- und FID-Detektoren) koennen Konzentrationsprofile fuer folgende Gaskomponenten gemessen werden: Kohlenwasserstoffe C1-C4, CO2, CO, O2, N2, H2. Es wurde die stoechiometrische Verbrennung und die Pyrolyse von Propan bei Minimalfluidisation im Bereich von 700 bis 1000 Grad Celsius untersucht. Das Bettmaterial des Wirbelschichtofens bestand aus einer SiO2-Schuettung. Es hat sich gezeigt, dass im Bereich der Minimalfluidisation unguenstige Temperaturgradienten im unteren Bettbereich auftreten, die eine kinetische Deutung erschweren. Bei den Pyrolyseexperimenten konnte das Kohlenstoffdefizit im Abgas durch eine Messung des festen Kohlenstoffs auf dem Bettmaterial bilanziert werden.

Forschungsschwerpunkt CHEMISCHE DYNAMIK UND SCHICKSAL VON VERUNREINIGUNGSSUBSTANZEN

Das Schicksal der stetig ansteigenden Zahl von chemischen Verbindungen in der Umwelt wird durch viele physikalische, chemische und biologische Prozesse bestimmt. Besonders wichtig sind Vorgaenge an den Grenzflaechen fluessig/gas und fluessig/fest. Die Gleichgewichte an diesen Grenzflaechen bestimmen die Randbedingungen fuer die Verteilung in Wasser, Luft, Boden und Organismen. Felduntersuchungen sollen systematische Daten ueber Vorkommen und Verteilung ausgewaehlter Substanzen liefern. Dateninterpretation mit Verteilungsgleichgewichten und Transportmodellen. Laboruntersuchungen und Literaturstudien zur Bestimmung resp. Beschaffung phys.-chem. Parameter (Verteilungskoeffizienten, Stoffaustauschkoeff., Ab- bzw. Adsorptions-/desorptionsgeschwindigkeitskoeff. etc). Untersuchung chemischer, photochemischer und biologischer Transformations- und Abbauprozesse.

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