Geochemische Wirkungen von löslichen Mn(III)-Spezies

Mangan (Mn) ist auf der Erdoberfläche weit verbreitet. Mn wirkt als essentieller Mikronährstoff für alle Organismen und sein Redoxzyklus beeinflusst zahlreiche Umweltprozesse in terrestrischen und aquatischen Umgebungen. Daher ist ein umfassendes und quantitatives Verständnis des Mn-Redoxzyklus wichtig, um die Umweltqualität und Nachhaltigkeit zu erhalten und zu verbessern. In der Natur liegt Mn in drei Oxidationsstufen vor (Mn (II), Mn (III) und Mn (IV)). Mn ändert leicht seine Oxidationsstufe und wirkt somit als Elektronentransfermittel bei Oxidations-Reduktions-Reaktionen. Mn (II) ist als primäre wässrige Form von Mn bekannt und kann über biotische und abiotische Oxidationsreaktionen zu Mn (III) und Mn (IV) oxidiert werden. Festphasen-Mn (III, IV) -Spezies gehören zu den stärksten natürlichen Oxidationsmitteln, die Spurenmetalle und organische Verbindungen leicht oxidieren. Bis vor kurzem wurde das natürliche Vorkommen von wässrigem Mn (III) aufgrund seiner geringen Löslichkeit und Redoxinstabilität weitgehend ignoriert. Mehrere hochrangige Forschungszeitschriften in den Bereichen analytische Chemie, Umweltwissenschaften und Biogeochemie haben jedoch über erhebliche Mengen an wässrigem Mn (III) berichtet, das durch organische und anorganische Liganden in natürlichen Systemen komplexiert ist, und ihre allgegenwärtige Präsenz in Boden, Sedimenten, Meeren und Flussmündungen hervorgehoben Systeme. Als Redox-Zwischenprodukt können die Mn (III) -Komplexe als effiziente Katalysatoren und leistungsstarke Reaktanten in verschiedenen Umweltprozessen wie dem Abbau von Kohlenstoff (Lignin) im Boden, der Depolymerisation von Mikroplastik und der Oxidation von Metall (loid) -Kontaminanten wirken. Die Kenntnisse der wässrigen Mn (III) -Schemie sind jedoch sowohl hinsichtlich der Kinetik, in der sich hochaffine Liganden lösliche Mn (III) -Spezies lösen und stabilisieren, als auch hinsichtlich des Mechanismus, durch den die Reaktivität löslicher Mn (III) -Spezies das Redox moduliert, gering Aktivität in verschiedenen natürlichen Umgebungen. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, die Bildung und Reaktivität von abiotisch hergestellten Mn (III) - Ligandenkomplexen unter umweltrelevanten Bedingungen zu untersuchen, die durch experimentelle Forschung unter Verwendung einer Mischung aus Bodenmineralien und biogenen organischen Liganden simuliert werden. Dieses Projekt wird von Januar 2021 bis Dezember 2022 in der Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen der University of California, Davis, unter der Aufsicht von Professor Jasquelin Peña stattfinden. Während dieser Zeit befindet sich der Bereich Erd- und Umweltwissenschaften am Lawrence Berkeley Das Nationale Labor, an dem Prof. Peña zum zweiten Mal beteiligt ist, wird als Forschungsmitarbeiter fungieren. In der Rückkehrphase wird das Projekt unter der Aufsicht von Priv.-Doz fortgesetzt. Dr. Markus Puschenreiter an der Universität für nationale Ressourcen und Biowissenschaften (BOKU) im Jahr 2023.

Mangan (Mn) ist auf der Erdoberfläche weit verbreitet. In der Natur kommt Mn in drei Oxidationsstufen vor (Mn(II), Mn(III) und Mn(IV)) und ändert leicht seine Oxidationsstufe, indem es biologische und mineralische oberflächenkatalysierte Prozesse durchläuft. Bis vor kurzem wurde das natürliche Vorkommen von wässrigem Mn(III) aufgrund seiner Redoxinstabilität (z. B. Disproportionierung) weitgehend unterschätzt. Jüngste Studien haben jedoch die Existenz erheblicher Mengen an wässrigem Mn(III) nachgewiesen, das durch Liganden komplexiert ist, und betonten dessen allgegenwärtige Präsenz in verschiedenen Umgebungen, einschließlich Boden-, Sediment-, Meeres- und Flussmündungssystemen. Ziel dieses Projekts ist es, ein mechanistisches und quantitatives Verständnis der Bildung, Stabilität und Reaktivität wässriger Mn(III)-Spezies zu entwickeln, um deren Rolle im Nährstoff- und Schadstoffkreislauf besser zu verstehen. Als Redox-Zwischenprodukt haben die Mn(III)-Komplexe das Potenzial, als effiziente Katalysatoren und starke Reaktanten in verschiedenen Umweltprozessen wie dem Abbau von Kohlenstoff (Lignin) im Boden, der Depolymerisation von Mikroplastik und der Oxidation von metallischen (loiden) Verunreinigungen zu fungieren. Das Wissen über die wässrige Mn(III)-Chemie ist jedoch spärlich, sowohl hinsichtlich der Kinetik, mit der hochaffine Liganden lösliche Mn(III)-Spezies auflösen und stabilisieren, als auch hinsichtlich des Mechanismus, durch den die Reaktivität löslicher Mn(III)-Spezies das Redox moduliert Aktivität in verschiedenen natürlichen Umgebungen.