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Entwicklung cellulosehaltiger Sorptionsmaterialien zur Abtrennung von Oxoanionen aus Wässern, Teilvorhaben 4: Analytik

Cellulose gehört zu den in der Natur am häufigsten vorkommenden Biopolymeren, die aus ß-D­Glucose bzw. Cellobiose-Einheiten besteht. Sie dient seit Jahrzehnten als Rohstoff für die Papier­ und die chemische Industrie. Cellulosehaltige Rest- und Abfallstoffe sind preiswerte und umweltver­trägliche natürliche Produkte, die bisher kaum stofflich genutzt werden. Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, aus cellulosehaltigen Neben- und Reststoffen der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft neuartige spezifische Materialien zu entwickeln mit deren Hilfe durch Sorptionsprozesse negativ geladene Oxoanionen aus Wässern als Wert- oder Schadstoffe zurückgehalten werden können. Die Adsorptionskapazität der nachhaltigen erneuerbaren Ressour­cen soll durch physikalische und chemische Modifizierungen, wie das Einbringen funktioneller Grup­pen und/oder durch Veränderung der Oberfläche, erhöht werden. Das Ziel ist es, Sorptionsmateria­lien mit definierten Strukturen und spezifischen Sorptionseigenschaften für verschiedene Aufgaben bereitzustellen. Die sorbierten Oxoanionen, wie Phosphate, Molybdate, Vanadate, Antimonate, Ar­senate, Chromate sollen im Kreislauf möglichst zyklisch adsorbiert und desorbiert werden können. Diese Fähigkeiten sollen an Modelllösungen und realen Wässern untersucht werden. Cellulosebasierte Materialien werden gegenwärtig nicht im industriellen Maßstab zur Wasserreini­gung bzw. Wertstoffgewinnung genutzt. Es besteht ein großes Potenzial, einen nachwachsenden preiswerten umweltverträglichen Abfallstoff zu funktionalisieren und als Sorptionsmaterial zu nutzen.

Entwicklung cellulosehaltiger Sorptionsmaterialien zur Abtrennung von Oxoanionen aus Wässern, Teilvorhaben 2: Sorptionsmaterialien, Funktionalisierte Cellulosen

Cellulose gehört zu den in der Natur am häufigsten vorkommenden Biopolymeren, die aus ß-D-Glucose bzw. Cellobiose-Einheiten besteht. Sie dient seit Jahrzehnten als Rohstoff für die Papier- und die chemische Industrie. Cellulosehaltige Rest- und Abfallstoffe sind preiswerte und umweltverträgliche natürliche Produkte, die bisher kaum stofflich genutzt werden. Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, aus cellulosehaltigen Neben- und Reststoffen der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft neuartige spezifische Materialien zu entwickeln mit deren Hilfe durch Sorptionsprozesse negativ geladene Oxoanionen aus Wässern als Wert- oder Schadstoffe zurückgehalten werden können. Die Adsorptionskapazität der nachhaltigen erneuerbaren Ressourcen soll durch physikalische und chemische Modifizierungen, wie das Einbringen funktioneller Gruppen und/oder durch Veränderung der Oberfläche, erhöht werden. Das Ziel ist es, Sorptions-materialien mit definierten Strukturen und spezifischen Sorptionseigenschaften für verschiedene Aufgaben bereitzustellen. Die sorbierten Oxoanionen, wie Phosphate, Molybdate, Vanadate, Antimonate, Arsenate, Chromate sollen im Kreislauf möglichst zyklisch adsorbiert und desorbiert werden können. Diese Fähigkeiten sollen an Modelllösungen und realen Wässern untersucht werden. Cellulosebasierte Materialien werden gegenwärtig nicht im industriellen Maßstab zur Wasserreinigung bzw. Wertstoffgewinnung genutzt. Es besteht ein großes Potenzial, einen nachwachsenden preiswerten umweltverträglichen Abfallstoff zu funktionalisieren und als Sorptionsmaterial zu nutzen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung, Teilprojekt: Modellierung der CHROMium-Anreicherung im Erdmantel und in der Erdkruste

Das Hauptziel des CHROME-Projekts ist die Entwicklung thermodynamisch konsistenter Mehrphasenströmungsmodelle, die die Bildung von podiformen Chromitvorkommen in ophiolithischen Einheiten erklären können. Ophiolite bestehen aus Gesteinen, die Anzeichen von Schmelz-/Kristallisationsprozessen während ihrer Entstehung aufweisen. Da Chrom ein sehr kompatibles Element ist, wird erwartet, dass es beim Schmelzen im Residuum verbleibt. Unsere vorläufigen experimentellen Ergebnisse zeigen jedoch, dass Cr-Spinell mit zunehmendem H2O-Gehalt instabil wird und zusammen mit den übrigen Silikatmineralen (hauptsächlich Pyroxenen) schmilzt. Diese Konsumierung von Cr-Spinell führt zu einem dramatischen Anstieg des Cr-Gehalts in der Schmelze. Doch trotz dieses Anreicherungsprozesses reicht diese Cr-Konzentration nicht aus, um Chromit-Lagerstätten zu bilden. Daraus schließen wir, dass eine zusätzliche Mobilisierung und Cr-Anreicherung dieser Schmelzen notwendig sind. Um die Prozesse des Schmelztransports zu modellieren, muss die Dynamik der reaktiven Mehrphasenströmungen in wasserreichen, Cr-gesättigten Magmen aus dem Erdmantel berücksichtigt werden. Durch die Modellierung der verschiedenen Endglieder der Cr-Anreicherung (z. B. Konvektion oder reaktiver Transport) werden wir in der Lage sein, einige der verfügbaren Hypothesen zur Bildung von podiformen Cr-Lagerstätten zu bestätigen/zu verwerfen oder sogar zu verfeinern. Wir planen die Durchführung von Phasengleichgewichtsexperimenten an den peridotitischen Gesteinen, die die Cr-Erze beinhalten. Diese Experimente werden uns Schlussfolgerungen erlauben, die für die weitere Entwicklung von Modellen zum reaktiven Transport benötigt werden. Wir planen, mehrphasige, reaktive Strömungsmodelle anzuwenden, um Einblicke in die mit der Erzbildung verbundenen Prozesse zu gewinnen. Diese Modelle werden parallel zu Experimenten durchgeführt, in denen Schmelzen mit Mantelgesteinen re-equilibriert werden. Unser kombinierter Modellierungs-/Experimentalansatz wird eine gründliche Überprüfung der vorgeschlagenen Modellierungsansätze ermöglichen. Unser Ziel ist es, Modelle zur reaktiven Mehrphasenströmung zu verwenden, um die Erzbildungsprozesse (von der Quelle bis zur Lagerstätte) zu modellieren. Dabei wird unser vorgeschlagenes Modell petrologische und Gelände-Befunde von natürlichen podiformen Chromitlagerstätten berücksichtigen.

Beschleunigte Fixierung von chromathaltigen Holzschutzmitteln durch Heissbedampfung

Chromathaltige Holzschutzmittel sind fuer die Erhaltung von frei verbautem Holz von grosser volkswirtschaftlicher Bedeutung. Nach der Traenkung ist eine Lagerzeit des impraegnierten Holzes von ca. 4 bis 6 Wochen erforderlich, in der eine 'Fixierung' erfolgt, d.h. eine Umwandlung der zunaechst leicht loeslichen Salze in schwer auswaschbare Verbindungen. Bei frisch impraegniertem Holz kann durch Regen Schutzmittel abgewaschen werden und zu einer Umweltbelastung beitragen. Durch einstuendige Einwirkung von 110 Grad C heissem Dampf wird eine Spontanfixierung von Chrom- und Kupferbestandteilen erzielt. Hoehere Dampftemperaturen fuehren zu verstaerkter Rissbildung, weniger intensive Waermebehandlungen foerdern die Fixierung nur wenig. Im Holz selbst ist fuer die Spontanfixierung eine Mindesttemperatur von 85 bis 90 Grad C erforderlich. Die Wirksamkeit und Verteilung der Schutzmittel sowie die Festigkeit des Holzes werden durch eine Heissbedampfung nicht nachteilig beeinflusst. Bei harzreichen Hoelzern ist in Abhaengigkeit von der Dampftemperatur mit Harzfluss zu rechnen. Waehrend des Bedampfungsvorgangs wird etwas Schutzfluessigkeit aus dem Holz ausgetrieben. Diese kann in die Vorratsbehaelter zurueckgefuehrt werden. Neuere Untersuchungen befassen sich mit der Moeglichkeit der kuenstlichen Holztrocknung von frisch impraegniertem Holz und mit den moeglichen Auswirkungen auf die Fixierung von chromathaltigen Holzschutzmitteln.

Mineral trace element analysis of xenocrysts and xenoliths hosted in the Limeira I kimberlite (APIP, Brazil)

The Limeira I kimberlite (91±6 Ma; Guarino et al., 2013) is part of the Alto Paranaíba Igneous Province (APIP) and was emplaced in the southern part of the São Francisco Craton in Brazil. This Kimberlite contains macrocrysts and phenocrysts of olivine, resorbed phlogopite/ tetraferriphlogopite, Al-free magnetite, chromite, magnesian ilmenite, rutile, perovskite, monticellite, apatite, serpentine and carbonate. It also contains a suite of xenocrysts and xenoliths (among which we recall wehrlite, phlogopite-ilmenite-websterite, olivine-ilmenite-glimmerite, clinopyroxenites bearing potassic-richterite, chromite-monticellite-kalsilite xenoliths, rutile with priderite or perovskite reaction rims, magnesian chromian ilmenite with perovskite rims). In this part of the project, we analyzed the xenocryst minerals and the main minerals found in the xenoliths entrapped in the Limeira I kimberlite. Analyzing the trace element concentrations in these minerals, helped us to better understand the processes that may occur in the subcontinental lithospheric mantle beneath the Alto Paranaíba Igneous Province. These analyses also provided important information about the minerals' enrichment in rare earth elements (REEs) and high field strength elements (HFSEs). This publication results from work conducted under the transnational access/national open access action at Mass spectrometry la-icp laboratory (IGG-CNR, Italy) supported by WP3 ILGE - MEET project, PNRR - EU Next Generation Europe program, MUR grant number D53C22001400005.

Electron microprobe analyses of quenched melts (now glass), chromite, and olivine to determine the role of contamination on chromite crystallization in ultramafic magmas

The data were generated in two labotories of the Dalhousie University in Halifax during a series of experiments to determine the solubility of chromite in komatiite mixed with different crustal contaminants. The experiments were designed to determine the solubility of the mineral chromite in silicate melt, with the dominant variable being the silica and iron content of the melt. After equilibrating chromite with melt at 1192-1430 degrees Celcius, samples were quenched and the composition of the chromite, quenched melt (now glass), and olivine run-products were measured for major and minor elements by electron microprobe, and the chromium concentration in the glass was measured by laser ablation ICP-MS. Analytical procedures are included in the associated data description file. The data are provided in a series of Excel worksheets containing five data tables. Table 1 is a summary of the composition of the starting materials used in experiments. Table 2 is a summary of the conditions of temperature, oxygen fugacity, experiment duration and initial sample composition. Table 3 is a summary of the major and minor element composition of the glass measured by electron microprobe and laser ablation ICP-MS. Tables 4 and 5 are summaries of the major and minor element composition of the olivine and chromite, respectively, measured by electron microprobe.

Platinum group element concentrations, mineral chemistry and microtextures of Middle Group chromitite layers at the Thaba Mine, northwestern Bushveld Complex, South Africa

The Bushveld Complex in South Africa is the world’s largest mafic layered intrusion by far and it contains more than three-fourths of the global reserves of platinum group elements (PGE) and more than one-third of global chromium reserves. All of the chromium and much of the platinum are hosted by layers of chromitite in the so-called Critical Zone, a stratigraphic interval of variable thickness (ca 1000 to 1500 m) in the lower third of the 7000-8000 meter-thick intrusion. The data presented herein result from the German-South African project AMREP (Applied Mineralogy for Research Efficiency of Platinum Metals), which investigated the feasibility of extracting PGE from chromitite layers that were mined for chromium at the Thaba Cr mine. The data comprise in-situ mineral analyses by electron microprobe (EPMA data), whole-rock chemical analyses of the platinum-group element concentration (PGE assay data), and microtextural analysis of thin sections to determine the grain size and size distribution of chromite in the layers (CSD data: crystal size distribution).

Entwicklung eines Verfahrens zur dauerhaften Reduzierung von Chrom (VI) im Zement

Entwicklung cellulosehaltiger Sorptionsmaterialien zur Abtrennung von Oxoanionen aus Wässern, Teilvorhaben 3: Sorptionsmaterialien, Funktionalisierte Reststoffe

Cellulose gehört zu den in der Natur am häufigsten vorkommenden Biopolymeren, die aus ß-D-Glucose bzw. Cellobiose-Einheiten besteht. Sie dient seit Jahrzehnten als Rohstoff für die Papier- und die chemische Industrie. Cellulosehaltige Rest- und Abfallstoffe sind preiswerte und umweltverträgliche natürliche Produkte, die bisher kaum stofflich genutzt werden. Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, aus cellulosehaltigen Neben- und Reststoffen der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft neuartige spezifische Materialien zu entwickeln mit deren Hilfe durch Sorptionsprozesse negativ geladene Oxoanionen aus Wässern als Wert- oder Schadstoffe zurückgehalten werden können. Die Adsorptionskapazität der nachhaltigen erneuerbaren Ressourcen soll durch physikalische und chemische Modifizierungen, wie das Einbringen funktioneller Gruppen und/oder durch Veränderung der Oberfläche, erhöht werden. Das Ziel ist es, Sorptionsmaterialien mit definierten Strukturen und spezifischen Sorptionseigenschaften für verschiedene Aufgaben bereitzustellen. Die sorbierten Oxoanionen, wie Phosphate, Molybdate, Vanadate, Antimonate, Arsenate, Chromate sollen im Kreislauf möglichst zyklisch adsorbiert und desorbiert werden können. Diese Fähigkeiten sollen an Modelllösungen und realen Wässern untersucht werden. Cellulosebasierte Materialien werden gegenwärtig nicht im industriellen Maßstab zur Wasserreinigung bzw. Wertstoffgewinnung genutzt. Es besteht ein großes Potenzial, einen nachwachsenden preiswerten umweltverträglichen Abfallstoff zu funktionalisieren und als Sorptionsmaterial zu nutzen.

Entwicklung cellulosehaltiger Sorptionsmaterialien zur Abtrennung von Oxoanionen aus Wässern, Teilvorhaben 1: Sorptionseigenschaften, Sorptionstechnologie

Cellulose gehört zu den in der Natur am häufigsten vorkommenden Biopolymeren, die aus ß-D-Glukose bzw. Cellobiose-Einheiten besteht. Sie dient seit Jahrzehnten als Rohstoff für die Papier- und chemische Industrie. Cellulosehaltige Rest- und Abfallstoffe sind preiswerte und umweltverträgliche natürliche Produkte, die bisher kaum stofflich genutzt werden. Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, aus cellulosehaltigen Neben- und Reststoffen der Land-, Forst- und Abfallwirtschaft neuartige spezifische Materialien zu entwickeln mit deren Hilfe durch Sorptionsprozesse negativ geladene Oxoanionen aus Wässern als Wert- oder Schadstoffe zurückgehalten werden können. Die Adsorptionskapazität der nachhaltigen erneuerbaren Ressourcen soll durch physikalische und chemische Modifizierungen, wie das Einbringen funktioneller Gruppen und/oder durch Veränderung der Oberfläche, erhöht werden. Das Ziel ist es, Sorptionsmaterialien mit definierten Strukturen und spezifischen Sorptionseigenschaften für verschiedene Aufgaben bereitzustellen. Die sorbierten Oxoanionen, wie Phosphate, Molybdate, Vanadate, Antimonate, Arsenate, Chromate sollen im Kreislauf möglichst zyklisch adsorbiert und desorbiert werden können. Diese Fähigkeiten sollen an Modelllösungen und realen Wässern untersucht werden. Cellulosebasierte Materialien werden gegenwärtig nicht im industriellen Maßstab zur Wasserreinigung bzw. Wertstoffgewinnung genutzt. Es besteht ein großes Potenzial, einen nachwachsenden preiswerten umweltverträglichen Abfallstoff zu funktionalisieren und als Sorptionsmaterial zu nutzen.

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