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Projekt
Transport von synthetischen anorganischen Nanopartikeln (EINP) im Boden
Antragsteller
Professor Dr. Hans-Jörg Vogel
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2011 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172114680
Wir untersuchen den Transport von synthetischen anorganischen Nanopartikeln (EINP) in Böden unter ungesättigten Bedingungen. Das grundsätzliche Ziel ist es, bei gegebenen Eigenschaften der Partikel und des Bodens und bekannten Fließbedingungen, die Mobilität der Partikel vorhersagen zu können. In der ersten Projektphase hat sich gezeigt, dass diese Mobilität in stark nicht-linearer Weise von den chemischen Eigenschaften der Bodenlösung, dem Wassergehalt und den Partikeleigenschaften abhängig ist. Die Rolle von Wasser-Festsubstanz- und Wasser-Luft- Grenzflächen ist dabei entscheidend aber noch wenig klar. In Säulenexperimenten auf der Millimeterskala wird die Struktur beider Grenzflächen unter verschiedenen, ungesättigten Fließbedingungen wird mit Hilfe eines neuen Nano-Röntgentomographen (UFZ) gemessen. Die Affinität von EINP zu den verschiedenen Grenzflächen wird in separaten Experimenten bestimmt. Beide Informationen werden dann benutzt, um den Partikeltransport auf der Skala eines Bodenhorizontes zu modellieren. Dabei wird die klassische Filtrationstheorie um eine Komponente erweitert, die den Wechselwirkung mit Wasser-Gas-Grenzflächen und die Partikelretention durch "straining" beschreibt. Darüber hinaus wird die wird die Remobilisierung von Partikeln bei sich ändernden Fliessfeldern berücksichtigt. Alle Modellparameter sollen ohne Kalibrierung aus unabhängigen Messungen erhalten werden. Eine größere Zahl von Transportexperimenten für verschiedene Partikeleigenschaften, Bodenstrukturen und Fließregime liefert die nötige Datengrundlage, um das Potenzial unseres Modellansatzes für die Vorhersage des Partikeltransportes in Böden bewerten zu können.Es werden metallische und oxidische Partikel (Ag, Au, Ag2S and TiO2) mit verschiedenen organischen Überzügen und in verschiedenen Alterungszuständen untersucht. Diese werden von den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Im Anschluss an die Transportexperimente werden die Partikel im Ausfluss und innerhalb der Bodensäulen auf ihre Eigenschaften in Bezug auf Größe, Aggregierungszustand und Oberflächeneigenschaften in Kooperation mit den Projektpartnern untersucht. Dies liefert wertvolle Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Partikeleigenschaften und den Mechanismen der Partikelretention, was letztlich die Parametrisierung des Modells verbessert.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
