Molekulare Mechanismen der Antimonbindung an die organische Bodensubstanz

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Mikutta
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400878350

Antimon (Sb) ist ein toxisches Metalloid, welches durch seine Verwendung in Industrie und Technik zunehmend in die Umwelt gelangt und daher von Umweltschutzbehörden als prioritärer Schadstoff klassifiziert wird. Trotz hoher Sb-Einträge in Böden (ca. 26000 t/a) existieren derzeit nur wenige Studien zur Sb-Speziierung in Böden sowie zu geochemischen Steuergrössen, welche die Mobilität von Sb in Böden kontrollieren. Die geringe Mobilität von Sb in Moorböden legt nahe, dass die Komplexierung von Sb durch organische Bodensubstanz (OBS) ein wichtiges Element im Sb-Kreislauf von Böden darstellt. Informationen zu Mechanismen der Sb-Bindung an gelöste sowie partikuläre OBS sind bis heute jedoch nicht verfügbar. Daher besteht das Hauptziel unseres Projektes darin, die Wechselwirkungen zwischen Sb und der OBS auf molekularer Ebene zu erforschen. Im ersten Teil des Projektes nutzen wir Synchrotron-basierte Röntgenabsorptionspektroskopie (engl.: XAS), um die Mechanismen der Sb-Bindung an die OBS unter oxischen und anoxischen Bedingungen aufzuklären. Dabei fokussieren wir auf die Komplexierung von Sb durch Carboxyl/Hydroxyl- und Thiolgruppen der OBS sowie durch organisch gebundenes Eisen (ternäre Komplexe). Zusätzlich wird die kinetische Stabilität der gebildeten Sb-Komplexe mit Hilfe stabiler Sb-Isotope untersucht. Im zweiten Teil des Projektes erforschen wir die Speziierung und Verteilung von Sb in Moorböden des Peak District (Vereinigtes Königreich). Diese organischen Böden sind aufgrund lang anhaltender atmosphärischer Sb-Einträge grossflächig mit Sb kontaminiert. Mit Hilfe von XAS identifizieren wir die in diesen Böden operierenden Prozesse der Sb-Festlegung. Diese Messungen werden durch Bodenuntersuchungen mittels Elektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (engl.: SEM-EDX) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (engl.: XPS) ergänzt. Hierbei besteht das Ziel darin, räumliche Verteilungsmuster von Sb sowie dessen lokale Speziierung und Assoziation mit anderen Elementen (z.B. Fe und S) auf der Mikrometerebene aufzuklären. Insgesamt soll das Projekt (i) zu einem besseren mechanistischen Verständnis der Sb-OBS Wechselwirkungen in Böden beitragen und (ii) dazu dienen, die Bedeutung der OBS als Sorbent für anthropogen freigesetztes und atmosphärisch in Böden eingetragenes Sb erstmals quantitativ abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen