Kieselsäure als kontrollierender Faktor der Aluminumsorption an Eisenoxide

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Mikutta; Professor Dr. Robert Mikutta
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391001730

Aluminium ist ein Metall ohne bekannte biologische Funktion und ein wichtiger Lösungsbestandteil saurer Böden, welche ca. 40% der weltweiten Agrarfläche ausmachen. Hohe Konzentrationen an gelöstem monomeren Aluminium stellen in diesen Böden ein beträchtliches Risiko für ein gesundes Pflanzenwachstum dar. Daher ist das Verständnis von Faktoren, welche die Speziierung, Mobilität und Bioverfügbarkeit von Aluminium in sauren Böden kontrollieren von globaler wirtschaftlicher Bedeutung. Die Sorption von Aluminium auf Mineraloberlächen spielt für das geochemische Verhalten von Aluminium in Böden eine besonders wichtige Rolle. Obgleich Eisenoxide wichtige Sorbenten für Aluminum in Böden darstellen, wurde die Interaktion zwischen Aluminium und Eisenoxiden in der Vergangenheit nur unzureichend erforscht. Deshalb sind genaue Vorhersagen zum Einfluss von Eisenoxiden auf die Mobilität von Aluminium in Böden gegenwärtig nur sehr begrenzt möglich. Desweiteren gibt es derzeit keine spektroskopischen Informationen zu molekularen Mechanismen der Aluminiumbindung auf Eisenoxidoberflächen. Ebenso fehlen Informationen zum Effekt von wichtigen anorganischen Bodenlösungsbestandteilen wie der Kieselsäure auf die Aluminiumsorption. Kieselsäure sorbiert sehr stark auf Eisenoxidoberflächen. Jedoch sind die Auswirkungen der an Eisenoxiden gebundenen Kieselsäure auf die Mobilität von Aluminium in Böden bislang völlig unklar. Mit unserer Forschung wollen wir klären, wie und in welchem Ausmaß Aluminium mit reinen und Kieselsäure-angereicherten Eisenoxiden interagiert. Dabei untersuchen wir die chemischen Bindungsformen von sorbiertem Aluminium genauso wie das Ausmaß und die Kinetik der Aluminiumsorption sowie deren quantitative Vorhersagbarkeit. Um diese Aspekte zu klären, nutzen wir eine Kombination aus Batch- und Durchflussreaktorexperimenten, Gleichgewichts- und Kinetikmodellierungen sowie moderne spektroskopische Verfahren (z.B. Röntgenabsorptions- und Photoelektronenspektroskopie). Insgesamt soll dieses Projekt unser Wissen von Prozessen und Mechanismen, welche die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Aluminium in Böden steuern, nachhaltig verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen