Bioorganotone - Bestimmung der physikochemischen Eigenschaften eines neuen Materials

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Guggenberger
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325474488

Bioorganotone hergestellt aus Mikroorganismen und Tonmineralen besitzen spezifische Materialeigenschaften, welche sie für den Einsatz im Umweltschutz und anderen technischen Anwendungen interessant machen. Sie können auch in natürlicher Umgebung von Böden durch den aktiven Kontakt von Mikroorganismen und organisches Material mit Bodenmineralen entstehen. Interaktionen zwischen mikrobiellen Verbindungen und Tonmineralen sind wichtige Grenzflächenprozesse in der natürlichen Umwelt und beim Einsatz von Bioorganotonen in Barrieren. Die grundlegenden Steuerungsmechanismen hierfür sind jedoch nur unvollständig verstanden. Ziel des beantragten Projektes ist die Herstellung neuer bioorganischer Tone aus mikrobiellem Material und typischen Tonmineralen, die Kennzeichnung deren Struktur und physikochemischer Eigenschaften sowie die Erfassung der hieraus resultierenden Funktionalität hinsichtlich eines gegenüber den Ausgangsmaterialien verbesserten Adsorptionsvermögens. Der Antrag basiert auf der Hypothese, dass in Abhängigkeit von Ursprung, Art und Größe des bioorganischen Materials sowie des Tonminerals gezielte Struktur- und Materialeigenschaften erzeugt werden können. Es stehen i) Bioorganotone aus Tonmineralen (überwiegend Kaolinit), die ausschließlich auf der äußeren Oberfläche mit organischem Material sorbieren, ii) Bioorganotone, die zusätzlich organisches Material in den Zwischenschichten aufweisen (vorwiegend Montmorillonit), gegenüber. Darüber hinaus wird erwartet, dass sich das Material in Bezug auf Form und Größe der Partikel unterscheidet, die Porenstruktur variiert, Stabilität und Bindungsformen differieren und die Menge und Art der aktiven Bindungsplätze zunimmt. Interaktionen zwischen den bioorganischen Materialien und den Tonmineralen sowie die resultierenden physikochemischen Eigenschaften der Bioorganotone sollen mit verschiedensten analytischen Methoden (z.B. XPS, NMR, TEM, NanoSIMS) in Kombination mit molekularer Modellierung untersucht werden. Analyseergebnisse mit einzelnen definierten bioorganischen Molekülen (z.B. Phospholipid) sollen als Basis der Interpretation der Prozesse zwischen Ton und komplexerer Biomasse dienen. Diese Herangehensweise bietet die Möglichkeit einer detaillierten Charakterisierung des Bioorganotons. So können neue Erkenntnisse zur molekularen Anordnung der bioorganischen Spezies z.B. in den Zwischenschichten der Tonminerale oder auch auf den Mineraloberflächen gewonnen werden. Hinsichtlich der physikochemischen Eigenschaften sind Veränderungen der Adsorptionseigenschaften in Abhängigkeit von Art und Menge des bioorganischen Material sowie der Tonminerale zu erwarten. Das Erreichen der Projektziele wird auf der komplementären Expertise der deutschen (Laborexperimente) und österreichischen (molekulare Simulationen) Partner basieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Daniel Tunega