Struvit-Kristallisation

In einer Welt der ständig wachsenden Wirtschaft und Weltbevölkerung spielen die Rückgewinnung und Immobilisierung von Nährstoffen und Schwermetallen aus kommunalen, landwirtschaftlichen und industriellen Abwässerströmen eine immer wichtigere Rolle für den Erhalt begrenzter natürlicher Ressourcen und die Vermeidung und Beseitigung von Umweltverschmutzungen.

Eines unserer aktuellen Projekte in diesem Themenbereich erforscht die Kristallisationspfade von Struvit (MgNH4PO4 · 6H2O) - einem der primären Magnesiumphosphate, die aus Abwässern gewonnen werden können - unter verschiedenen Temperaturen. Ein klarer Vorteil von Struvit ist, dass es als Langzeitdünger verwendet werden kann, der gleich drei Hauptpflanzennährstoffe - Stickstoff (N), Phosphor (P) und Magnesium (Mg) - in seiner kristallinen Struktur vereint. Im Labor synthetisieren wir Struvit-Kristalle unter verschiedenen umweltrelevanten Bedingungen und verfolgen alle Kristallisationsschritte von den frühesten Keimbildungsstadien bis hin zum fertigen Kristall mithilfe verschiedener in-situ und ex-situ Bildgebungs-, Spektroskopie- und Röntgenstreuungsmethoden (z.B. Pulver-Röntgendiffraktometrie, Raman Spektroskopie, SAXS/WAXS).

Einen weiteren Forschungsschwerpunkt stellt die Umwandlung von Struvit an der Luft zu den Phasen Newberyit (MgPO3(OH) · 3H2O) und Dittmarit (MgNH4PO4 · H2O), bei dem Stickstoff und Wasser verloren gehen. Die Prozesse werden dabei mittels optischer Mikroskopie, Raman-Spektroskopie und ex-situ Röntgendiffraktometrie an Pulverproben sowie Einkristallen charakterisiert. Mit den Forschungsergebnissen soll ein grundlegendes Verständnis der Struvit-Kristallisationspfade und der Umwandlungsmechanismen geschaffen werden, welches letztendlich bei der Entwicklung von effizienteren P- und N-Rückgewinnungssystemen behilflich sein kann und Implikationen für die Verwendung von Struvit als Dünger vorgibt.

Aktuelle Veröffentlichungen

(Autoren aus der Gruppe in Fettdruck)

Hövelmann, J., Stawski, T., Freeman, H., Besselink, R., Mayanna, S., Perez, J.P.H., Hondow, N.S., Benning, L.G. (2019). Struvite crystallisation and the effect of Co2+ ions. Minerals, 9, 9, 503. DOI: 10.3390/min9090503

Hövelmann, J., Stawski, T., Besselink, R., Freeman, H., Dietmann, K. M., Mayanna, S., Pauw, B. R., Benning, L. G. (2019). A template-free and low temperature method for the synthesis of mesoporous magnesium phosphate with uniform pore structure and high surface area. Nanoscale, 11, 14, 6939-6951. DOI: 10.1039/C8NR09205B

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