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Porträt Dr. Müller, Katharina; FWOG

Photo: André Wirsig

Dr. Katharina Müller

Leiterin Grenzflächenprozesse
k.muellerAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2439

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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.

Foto: Forschungsfelder der Abteilung Grenzflächenprozesse ©Copyright: Dr. Katharina Müller

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

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

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Katharina Müller801/P2482439
k.muellerAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Daniel Butscher801/P3523154
d.butscherAthzdr.de
Aline Chlupka801/P2033198
2518
2523
a.chlupkaAthzdr.de
Sebastian Friedrich801/P3523154
s.friedrichAthzdr.de
Dr. Norbert Jordan801/P2182148
n.jordanAthzdr.de
Stephan Weiß801/P3162758
2523
s.weissAthzdr.de

Einbau in Festphasen

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Nina Maria Huittinen801/P2182148
n.huittinenAthzdr.de
Dr. Astrid Barkleit801/P2073136
2512
2518
a.barkleitAthzdr.de
Luiza Braga Ferreira dos Santos801/P2543487
l.bragaAthzdr.de

"TecRad" Wechselwirkung von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an Mineral-Wasser-Grenzflächen - Radioökologische Betrachtungen

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Natalia Mayordomo Herranz801/P2522076
n.mayordomo-herranzAthzdr.de
Caroline Börnerc.boernerAthzdr.de
Arkadz Bureika801/P2012434
a.bureikaAthzdr.de
Irene Cardaio801/P2542251
i.cardaioAthzdr.de
Vijay Kumar Saini801/P3523328
v.sainiAthzdr.de

Alumni

Name at HZDR Derzeitigte Institution
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