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Monitoring und Überwachungstechnologie inkl. Entwicklung einer Validierungsmethodik, TP4.8: Entwicklung eines kostengünstigen und wartungsarmen Systems zur automatischen Wasserqualitätsanalyse mithilfe von Titration und Kolorimetrie

Reduktion zweiwertigen Quecksilbers durch Huminstoffe

Die reduzierenden Eigenschaften von Huminstoffen sind verantwortlich fuer verschiedene Reaktionen mit natuerlichen und anthropogenen Substanzen. Verschiedene Einflussfatoren wie Temperatur Licht, pH und die Anwesenheit interferierender Substanzen koennen die Reaktivitaet des Systems beeinflussen. Diese Einflussfaktoren sollen fuer die Reduktion von Quecksilber (II) zu elementarem Quecksilber abgeklaert werden um das Verhalten in der Umwelt prognostizieren zu koennen. Hierzu wird ein neu entwickelter Versuchsaufbau verwendet. bei dem ein PC-gesteuertes Titrationssystem mit einer Atomabsorbtion gekoppelt wird. Deutliche Einfluesse des pH-Wertes auf die Reaktivitaet des Systems Hg (II) und Huminstoffe konnten bereits aufgezeigt werden. Die Anwesenheit von Licht erhoeht die Reaktivitaet, dagegen wird durch Chloridionen die Bildung von Hg(0) vermindert. Insbesondere die Kinetik der Reaktion wird von den genannten Faktoren beeinflusst.

Alternative Materialsysteme für stationäre Batteriespeicher auf Basis von Aluminium als Anodenmaterial zur Substitution kritischer Rohstoffe, ALBATRO - Alternative Materialsysteme für stationäre Batteriespeicher auf Basis von Aluminium als Anodenmaterial zur Substitution kritischer Rohstoffe

FENABIUM: Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und organischen Ligandsystemen mit naturstoffbasierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt, Teilprojekt C

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Eintrag von gelöstem Fe in das Oberflächenwasser von Ozeanen - quantitative Ansätze von der ICDP-Bohrung Hawaii durch Untersuchung des grenzflächengesteuerten Fe-Transfers aus vulkanischen Gesteinen des tieferen Untergrundes

Eisen ist ein limitierender Nährstoff für das Wachstum von Phytoplankton im Oberflächenwasser der Ozeane und beeinflusst damit den globalen C-Kreislauf. Vulkanischen Produkten wird ein starker Einfluss auf das Fe-Budget in einigen Teilen der Ozeane zugeschrieben. So gibt es einen deutlichen Anstieg des Fe-Gehaltes im Oberflächenwasser um Hawaii und anderer Vulkaninseln. Für die quantitative Abschätzung des Fe-Eintrages in die Ozeane ist das Wissen über die komplexen, grenzflächengesteuerten Prozesse der Fe-Freisetzung und -Löslichkeit derzeit zu begrenzt (Ayris & Delmelle, 2012). Offen ist auch die Frage, ob mikrobielle Aktivität einensignifikanten Beitrag liefern kann. Es ist zu erwarten, dass die durch Grundwasserflüsse aus dem Boden und dem Meer erhöhte Bioaktivität, die Alteration der Gesteine beschleunigt und organische Komplexbildner liefert, die die Fe-Mobilität in der wässrigen Phase erhöhen. Die Proben der ICDP Bohrung HSDP2 bietet ein einzigartiges Archiv für verschiedene schwach bis stark alterierte vulkanische Gesteine bestehend aus Aschen, Lava und Kissenbasalten. Ein Vergleich dieser Proben mit Laborversuchen wird wichtige neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Fe- Mobilisierung liefern. Im ersten Jahr des Projektes wurden geeignete Proben ausgewählt. Die verschiedenen Bindungsformen von Eisen in den Bohrproben wurden durch sequentielle Extraktion identifiziert und quantifiziert. Es zeigte sich, dass Proben aus dem Süsswasserbereich deutlich besser kristallisiert sind als solche aus dem Salzwasserbereich. Besiedlungsexperimente mit dem Bakterienstamm Burkholderia fungorum führten zu einem sehr veränderten Freisetzungsverhalten von Eisen und anderen Elementen im Vergleich zu abiotischen Bedingungen. In Experimenten mit synthetischen Gläsern konnte gezeigt werden, dass spannungsreiche und Fe(II)reiche Gläser besonders leicht besiedelt werden. Im zweiten Jahr des laufenden Projektes werden wichtige Daten über die spezifische Oberfläche der Proben und deren Zetapotential in Abhängigkeit von Lösungszusammensetzung, Temperatur und Zeit ermittelt. Im dritten Jahr soll die Charakterisierung der Proben und deren Freisetzungscharakteristik für Eisen fortgesetzt werden. Hierfür sind u.a. Porenvolumen und -konnektivitätsbestimmungen mittels temperaturabhängiger Karl-Fischer Titration, Einbringen von Woods Metall und Quecksilberporosimetrie geplant. Diese Wasserfreisetzungsversuche liefern auch Informationen über Gehalte von Sekundärmineralen. Kombiniert mit tomographischen und spektroskopischen Methoden sowie Leachingversuchen werden diese Untersuchungen helfen, den Unterschied zwischen Süss- und Seewasserbedingungen auf die Entwicklung der Gesteine und die Mobilisierung von Fe besser zu verstehen.

Alternativmethoden - AMPRION - Alternativmethoden zu tierbasierten Bioassays für menschliche Prionen

Solubilization of carbon nanotubes and fullerenes in natural waters under environmental conditions

The forecasted increase in the manufacture and use of nanoparticles makes it likely that increasing human and environmental exposure will occur, and as a result, nanoparticles have come under scrutiny. In natural waters, nanoparticles have to be present in 'solubilized' form because otherwise they will aggregate and flocculate and are removed (e.g. during wastewater treatment) or are retained in soil or groundwater. Both mobility and bioavailability depend therefore on the state of solubilization. Carbon nanotubes (CNT) are an important group of novel nanoparticles. Pristine CNT are virtually indispersable in water and do not form stable suspensions. However, they can be solubilized by addition of polymers (e.g. proteins and polysaccharides), detergents or natural organic matter. In the first part of this project the solubilization of CNTs was studied by bringing them in contact with biopolymers and detergents in aqueous solution and measuring the formation of solubilized, non-aggregated nanoparticles. Solubilization and sedimentation was followed over time, as function of water composition and initial state of the CNT. Dry CNTs were increasingly solubilized with increasing shaking time, however, the amount remaining stable in suspension was less than 1Prozent of the added amount. Pre-dispersing CNT in detergents and addition to water resulted in higher solubilized concentrations. In waters containing humic and fulvic acids addition of pre-dispersed CNT resulted in stable suspensions of up to 60Prozent of the total CNT amount. Our results indicate that the environmental behavior of CNTs is strongly determined by the initial state of the CNT. It is the aim of the extension project to get an in-depth view into the processes affecting dispersion of CNT by conducting titration experiments which will enable us to get a detailed description of the surface reactions on the CNT. Acid-base titrations will be performed with various CNT in the presence of different compounds (cations, detergents, biopolymers) and the data will be modeled using a surface complexation approach. These additional data will allow us to relate the solubilization of the CNTs to their surface speciation and will enable us to develop a more predictive understanding of the processes affecting solubilization of CNT in natural waters.

Photochemische und optische Eigenschaften von Inversionsschichten

Mit der Gruenten-Seilbahn wurden bei stabiler Schichtung Aerosole optisch und chemisch charakterisiert sowie UV-Strahlung und O3-Konzentrationen gemessen. Die Profile ergeben einen signifikanten Zusammenhang zwischen Aerosol und O3, allerdings nicht eindeutig, da je nach Zusammensetzung des Aerosols und damit der mit ihm emittierten Substanzen oder deren Reaktionsprodukten sowohl eine O3-Reduktion als auch ein Anstieg auftritt. Im allgemeinen sind besonders kleine, d.h. junge Aerosole wegen der meist gleichzeitigen Emission von Stickoxiden mit sehr niedrigen O3-Konzentrationen verbunden. Das duerfte weniger am O3-Abbau an Aerosoloberflaechen liegen als an der Titration von O3 mit NO, durch die NO2 gebildet wird. Mittlere und grosse Partikel sind haeufig auch mit erhoehten O3-Konzentrationen verbunden. Dann handelt es sich um gealtertes Aerosol bzw. gealterte Luftmassen, in der O3-Verluste durch nachfolgenden O3-Aufbau aus Reaktionen mit Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen bereits wieder kompensiert sind. Die hohen Konzentrationen im Gipfelbereich, die trotz frischer Emissionen beobachtet wurden, sind vermutlich darauf zurueckzufuehren, dass die relativ geringe chemische Verlustrate von einer effektiven O3-Produktion bei niedrigen Stickoxidkonzentrationen verdeckt wird. Die vorgefundenen Aerosolkonzentrationen sind so niedrig, dass ein signifikanter O3-Verlust zum Aerosol weitgehend ausgeschlossen werden kann. Erstaunlich hoch, durchaus mit Werten am Stadtrand von Muenchen vergleichbar, sind dabei die Russkonzentrationen. Die Wirkung der Aerosole auf die UV-Strahlung ist weniger gut abzuleiten, da Strahlungsmessungen ausser nachmittags stark von Beschattung der Seilbahntrasse beeinflusst sind; dann ist aber meist die Grenzschicht komplett bis in Gipfelhoehe durchmischt, so dass kaum noch Variationen in der Aerosolkonzentration sichtbar sind. Ein Einfluss von Aerosolen, zu denen ja auch die Wolkentroepfchen gehoeren, ist deshalb nur bei sehr grossen Aenderungen der optischen Dichte, z.B. an Wolkenobergrenzen, eindeutig zu sehen. Bezueglich O3 ergab sich keine direkten Aenderungen in der Umgebung von Inversionsschichten durch die Aerosole. Erhoehte Strahlungsfluesse und - nach ausreichender Reaktionszeit - hoehere O3-Konzentrationen waeren z.B. dann zu erwarten, wenn Aerosolschichten optisch so dicht sind, dass sie signifikant zur Umsetzung von direkter zu diffuser Strahlung beitragen. Eine solche Erhoehung der Strahlungsfluesse muesste auch laengere Zeit anhalten, um messbare Effekte auf die O3-Konzentration zu haben. Inversionsschichten trennen aber effektiv relativ homogene Luftmassen mit unterschiedlicher Charakteristik und chemischer Zusammensetzung, die anhand der Aerosolmessungen in aehnlicher Weise wie ueber die Messung von Kohlenwasserstoffen und dem daraus abgeleiteten Verhaeltnis von kurz- zu langlebigen Substanzen charakterisiert werden koennen.(gekuerzt)

Struvitfällung: Abtrennung von Struvit aus Abwasser durch den Einsatz von kostengünstigem Magnesium aus der Meerwasserentsalzung: Optimierung und Modellierung der Struvitfällung (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Ziel ist die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser durch Fällung von Struvit unter Einsatz von Retentat der Trinkwasserentsalzung als Magnesiumquelle. Dieses enthält Komplexbildner (Antiscalants) zur Verhinderung von Ausfällungen auf der Membran von Entsalzungsanlagen. Der Einfluss von Antiscalants auf die Struvitfällung wird untersucht (Kristallform und Größe, Oberflächeneigenschaften). Weiteres Ziel ist die Kennzeichnung von Qualitätseigenschaften des Struvits in Abhängigkeit vom pH und der Inkorporation von Kalium, organischer Substanz sowie Schwermetallionen. Schließlich wird ein kinetisches Modell der Struvitbildung und Einbezug von Nebenprodukten entwickelt, welche die Nutzbarkeit des gefällten Phosphors einschränken können. Der Einfluss von Antiscalants auf die Komplexierung von Calcium und Magnesium wird durch komplexometrische Titration erfasst, die Kristallgrößenverteilung durch Laserbeugung, die Kristallstruktur mit Röntgendiffraktometrie, und die Oberflächeneigenschaften durch Bestimmung des Zetapotentials. Das Fällungsergebnis wird durch Variation des pH optimiert, wobei die Zusammensetzung des Produkts auf die Einlagerung von organischen Komponenten, Kalium und Schwermetallen untersucht wird. Ein erweitertes kinetisches Modell soll nicht nur die Bildung von Struvit, sondern auch die Fällung unerwünschter Nebenprodukte mit abbilden. Das Modell wird durch Abgleich mit experimentellen Befunden optimiert.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1315: Biogeochemische Grenzflächen in Böden; Biogeochemical Interfaces in Soil, Linking micro-aggregation to the sequestration of organic pollutants in soil

Aggregation processes of (organo)mineral associations are assumed to be key processes for the formation and functioning of biogeochemical interfaces in soil. However, a direct link between the forces which induce aggregation and aggregate functioning is still missing. Our hypothesis is that interparticle forces control the diffusion of organic substances within aggregates by shaping the porosity, structure and stability of aggregates. We will analyze aggregates, which we synthesize from different primary particles (goethite, koalinite) using different methods to induce aggregate formation (increase of ionic strength, addition of polyvalent cations, addition of organic polyelectrolytes). Interparticle forces within the aggregates will be calculated based on dynamic light scattering (DLS) and the heat of aggregation (titration calorimetry). The calculations will be validated exemplarily by AFM measurements. In addition we will characterize the porosity, the structure and the stability of the artificial aggregates as well as the particle fraction less than 250 nm of soils and artificial soil materials of the SPP 1315 central experiment. Results will be related to the diffusion of the pollutants into the aggregates, derived from sorption/desorption experiments and nanoSIMS analyses.

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