Abteilung Grenzflächenprozesse
Warum? Wie? Was?
Das oberste Ziel unserer von wissenschaftlicher Neugier getriebenen Forschung ist es, grundlegende und unabhängige Erkenntnisse über die (Geo-)Chemie und das Umweltverhalten langlebiger Radionuklide (RN) zu gewinnen. Eine herausragende und gesellschaftlich wichtige Anwendung ist die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle, um künftigen Generationen die Verantwortung für den Umgang mit "unserem" Erbe aus der Energieerzeugung in Kernreaktoren zu erleichtern.
Zu diesem Zweck liefern wir das radiochemische Wissen, nämlich strukturelle und mechanistische Daten wichtiger mobilisierender und immobilisierender Reaktionen von RN in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern.
Unser besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz einer Vielzahl etablierter und fortschrittlicher mikroskopischer und spektroskopischer Techniken, um Komplexbildungsreaktionen und Komplexstrukturen, die die Wechselwirkungen von RN in der Geosphäre bestimmen, genau zu beschreiben. Darüber hinaus untersuchen wir die Entstehung und chemische Speziation von Aktivierungsprodukten in Materialien aus Kernkraftwerken im Zusammenhang mit deren sicherer Stilllegung.
Als Teil einer Wertschöpfungskette bilden die abgeleiteten Strukturinformationen eine solide Grundlage für eine zuverlässige thermodynamische Beschreibung der untersuchten Systeme, die in thermodynamische Datenbanken integriert werden kann. Die thermodynamischen Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Aktiniden-Thermodynamics.
Unsere Kernkompetenzen
- Chemie langlebiger RN – Fachwissen im Umgang mit RN, von Spalt- und Aktivierungsprodukten bis hin zu Transuranen, und Zugang zu Strahlenschutzlabors.
- Strukturelle Charakterisierung – Fachwissen in der Anwendung und Kopplung von spektroskopischen und mikroskopischen sowie Beugungstechniken für den Zugang zu molekularen Informationen.
- Thermodynamische Beschreibung von RN-Komplexen – Verwendung makroskopischer, spektroskopischer und kalorimetrischer Informationen über Reaktant-Wasser-Grenzflächenphänomene als Grundlage für die Ableitung von Oberflächenkomplexierungsmodellen und deren thermodynamischen Parametern.
Forschungsgebiete
- Koordinationschemie von RN in wässriger Lösung und in künstlichen menschlichen Bioflüssigkeiten, z. B.: RADEKOR-Projekt.
- Molekulare Charakterisierung von RN Reaktionen an natürlichen und künstlichen Mineral-Wasser-Grenzflächen, z. B. im Projekt REDOX.
- Einbau von Actiniden und Lanthaniden in feste Phasen, z. B.: AcE-Projekt.
- Technetium Umweltchemie, z. B. Young Investigator Group TecRad.
- Entwicklung einer Methode zur Pre-Aktivitäts- und Dosisleistungsberechnung von reaktornahen Bauteilen auf Basis von Neutronenfluenzverteilungen (EMPRADO) 12/2018 –03/2024, BMBF.
Neuste Publikation
Uranium(VI) interactions with Pseudomonas sp. PS-0-L, V4-5-SB and T5-6-I
Kasko, J.; Li, X.; Müller, K.; Ge, Y.; Vettese, G. F.; Law, G. T. W.; Siitari-Kauppi, M.; Huittinen, N. M.; Raff, J.; Bomberg, M.; Herzig, M.
Pseudomonas sp. are indigenous inhabitants of ombrotrophic bogs which can survive in acidic, nutrient-poor environments with wide temperature fluctuations. Their interactions with contaminant radionuclides can influence radionuclide biogeochemistry in boreal environment. Here, uranium (U(VI)) bioassociation by Pseudomonas sp. PS-0-L, V4-5-SB and T5-6-I isolated from a boreal bog was studied by a combination of batch contact experiments, spectroscopy and microscopy. All strains removed U from the solution and the U bioassociation efficiency was affected by the nutrient source, incubation temperature, time and pH. Highest U bioassociation occurred in the strains PS-0-L (0.199 mg U/gBDW) and V4-5-SB (0.223 mg U/gBDW). Based on in-situ attenuated total reflection Fourier transformation infrared spectroscopy (ATR FT-IR) analyses, the most likely functional groups responsible for U binding were the cell surface carboxyl groups. In addition, transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM/EDX) showed dense intra-cellular round- and needle-like U accumulations in the cytoplasm and near to the inner cell membrane. The presence of U with phosphorus was indicated in elemental mapping. Modelled data showed ≡SOOHx-1 and ≡SOCO2Hx-1 as the dominant surface sites, contributing to the negative cell surface charge. The U removal efficiency depended on the U(VI) speciation under different pH conditions. At pH 5, the main species reacting with bacterial cell surfaces was UO22+, while at pH 9 UO2(OH)2 and UO2(OH)3- dominated the reactions. Further, U bioassociation increased with increasing aqueous U(VI) concentrations. Our data suggests U bioassociation on 1) outer cell membrane/cell wall associated carboxyl groups (e.g., proteins), and 2) intracellular phosphate groups (e.g., phospholipids).
Keywords: bioassociation; biosorption; bioaccumulation; modelling; carboxyl group; phosphate group
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Applied Geochemistry 159(2023), 105829
DOI: 10.1016/j.apgeochem.2023.105829
Eine Liste an Publikationen befindet sich hier.
Forschungsgruppen
Derzeit laufende Drittmittelprojekte
- Wechselwirkungen von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an der Mineral-Wasser-Grenzfläche - Radioökologische Betrachtungen (TecRad) 07/2022 – 06/2027, BMBF
- Redoxreaktivität von Selen in Mineralen (REDOX) 06/2022 – 05/2025, ANDRA
- Speziation und Transfer von Radionukliden im Menschen unter besonderer Berücksichtigung von Dekorporationsmitteln (RADEKOR) 07/2020 – 12/2023, BMBF.
- Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung von Aktiniden mittels Einbau in endlagerrelevante Festphasen (AcE) 01/2021 – 12/2023, BMBF.
- Entwicklung einer Methode zur Pre-Aktivitäts- und Dosisleistungsberechnung von reaktornahen Bauteilen auf Basis von Neutronenfluenzverteilungen (EMPRADO) 12/2018 –03/2024, BMBF.
Eine Übersicht der abgeschlossenen Projekte finden Sie hier.
Team
Leitung | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
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Dr. Katharina Müller | 801/P248 | 2439 | k.muellerhzdr.de | ||
Mitarbeiter | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
Daniel Butscher | 801/P352 | 3154 | d.butscherhzdr.de | ||
Aline Chlupka | 801/P203 | 3198 2518 2523 | a.chlupkahzdr.de | ||
Sebastian Friedrich | 801/P352 | 3154 | s.friedrichhzdr.de | ||
Dr. Norbert Jordan | 801/P218 | 2148 | n.jordanhzdr.de | ||
Stephan Weiß | 801/P316 | 2758 2523 | s.weisshzdr.de | ||
Einbau in Festphasen | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
Dr. Nina Maria Huittinen | 801/P218 | 2148 | n.huittinenhzdr.de | ||
Dr. Astrid Barkleit | 801/P207 | 3136 2512 2518 | a.barkleithzdr.de | ||
Luiza Braga Ferreira dos Santos | 801/P254 | 3487 | l.bragahzdr.de | ||
"TecRad" Wechselwirkung von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an Mineral-Wasser-Grenzflächen - Radioökologische Betrachtungen | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
Dr. Natalia Mayordomo Herranz | 801/P252 | 2076 | n.mayordomo-herranzhzdr.de | ||
Caroline Börner | c.boernerhzdr.de | ||||
Arkadz Bureika | 801/P201 | 2434 | a.bureikahzdr.de | ||
Irene Cardaio | 801/P254 | 2251 | i.cardaiohzdr.de | ||
Vijay Kumar Saini | 801/P352 | 3328 | v.sainihzdr.de |
Alumni
Name | at HZDR | Derzeitigte Institution |
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Isabelle Jessat | Doktorand | ASML, Veldhoven, Netherlands |
Quirina Isabella Roode-Gutzmer | Doktorand | Wismut GmbH |
Maximilian Demnitz | Doktorand, promoviert 2022 |
Eindhoven University of Technology, Department of Chemical Engineering and Chemistry, Het |
Diana Marcela Rodriguez Hernandez | Doktorandin, promoviert 2021 |
Rotop Pharmaka GmbH |
Henry Lösch | Doktorand, promoviert 2021 |
Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf (VKTA) |
Manuel Eibl | Doktorand, promoviert 2020 |
Avantgarde Labs GmbH |
Susanne Lehmann | Doktorandin, promoviert 2020 |
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften |