Magnetitbildung durch mikrobielle Fe(II) Oxidation in der Anwesenheit von Mineral-Nukleationszentren: Evaluierung eines neuen Ansatzes zur Schwermetall-Sanierung in der Umwelt.

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256797843

Biogene Magnetit (Fe3O4) Nanopartikel bestehen aus gemischten Fe(II)/Fe(III) Mineralen, werden in der Natur durch eisenreduzierende Bakterien produziert und besitzen eine reaktive Fe(II)-Oberflächenschicht sowie einen organischen Oberflächenbezug. Hierdurch ist biogener Magnetit geeignet für den Einsatz in der Umweltsanierung. Fe(II)-oxidierende Bakterien wurden bisher eher selten im Zusammenhang mit Magnetitbildung beschrieben, da deren Endprodukt meist Fe(III)-Oxidhydroxid-Minerale wie zum Beispiel Goethit (alpha-FeOOH) und Ferrihydrit (vereinfacht als Fe(OH)3) sind. Neueste Studien aus unserer Gruppe haben gezeigt, dass die Anwesenheit von Magnetit-Nanopartikeln als Keimbildungsstellen zu einer zusätzlichen Bildung von Magnetit während der Fe(II)-Oxidation führt. Allerdings ist nicht bekannt, ob dieses zusätzliche Magnetit durch neu entstandene Keimstellen gebildet wird oder durch Wachsen der bereits vorhandenen Magnetitpartikel. Um biogenen Magnetit für die Umweltsanierung einsetzen zu können, ist es wichtig den Mechanismus der Magnetitbildung und dessen Reaktivität zu kennen. Aus diesem Grund schlagen wir Experimente mit Fe(II)-oxiderenden Bakterien vor, um den Einfluss von Keimbildungsstellen auf die Identität der gebildeten Minerale im Detail zu untersuchen. Durch Variation einer Reihe von ausgewählten Parametern, einschließlich spezifischer Oberfläche und Konzentration der Keimbildungsstellen, sollen Änderungen in der Rate der Magnetitbildung und der Identität und Eigenschaften der produzierten Mineralphasen untersucht werden. Zusätzlich planen wir Experimente mit biogenem Magnetit in einem Labor-System mit Sediment aus der hyporheischen Zone eines Flusses, um zu überprüfen ob, im Rahmen einer Umweltsanierung von toxischem Metall(oid)en wie Arsen und Chrom, es zu einem effektiven Einschluss der Ionen in den Magnetit kommt. Diese Experimente dienen dem Ziel Strategien für Umweltsanierungen von kontaminiertem Land und Wasser zu entwickeln, die eine massive Gefahr für die Gesundheit von vielen Millionen Menschen in der gesamten Welt darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. James Byrne