Der Einfluß der Bildung von Thioarsen-Spezies auf die Arsen-Komplexierung an natürliches organisches Material

Description: Das Projekt "Der Einfluß der Bildung von Thioarsen-Spezies auf die Arsen-Komplexierung an natürliches organisches Material" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Bereich Umweltgeochemie.Unter anoxischen Bedingungen wird Arsen (As) in Form von Arsenit vermeintlich vollständig über Schwefel(S)-Gruppen an natürliches organisches Material (NOM) gebunden. Laborexperimente zeigten, dass selbst unter oxischen Bedingungen die Halbwertszeit mehr als 300 Tage betrug, damit sogar größer war als die von Arsenit an Eisen(Fe)(III)-Oxyhydroxiden. Global betrachtet heißt das, dass z.B. Moore, die reich an Organik und Sulfid sind, wichtige quantitative As-Senken sind. Allerdings wurden alle mechanistischen Studien bisher so durchgeführt, dass Arsenit einem zuvor gebildeten S(-II)-NOM zugegeben wurde. In einem System, das As(III), S(-II) und NOM enthält, spielt aber auch die As(III)-S(-II)-Komplexierung in Lösung unter Bildung von Thioarseniten ((H2AsIIIS-IInO3-n)-, n=1-3) und Thioarsenaten ((HAsVS-IInO4-n)2-, n=1-4) eine Rolle. Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Kinetik der Thioarsen-Spezies-Bildung in Lösung schneller ist als die Sorption von As(III) und S(-II) an NOM und dass daher Thioarsen-Spezies das Ausmaß und die Kinetik der As-Sorption an Organik bestimmen. Auch die kompetitive Sorption an gleichzeitig auftretenden (meta)stabilen Fe-Mineralen wird vom bekannten Verhalten von Arsenit abweichen. Aufgrund ihrer Instabilität und einem Mangel an reinen Standards, ist über das Sorptionsverhalten von Thioarseniten bislang nichts bekannt. Für Thioarsenate gibt es keine Information zum Bindungsverhalten an NOM, aber es ist bekannt, dass die Sorption an verschiedenen Fe(III)-Mineralen geringer ist als die von Arsenit. Wir postulieren, dass Thioarsenate weniger und langsamer als Arsenit an S(-II)-NOM binden, da kovalente S-Bindungen in Thioarsenaten die Affinität für S(-II)-NOM Komplexierung verringern. An Fe(III)-NOM sollte die Bindung geringer sein in Analogie zur bekannten geringeren Affinität für Fe(III)-Minerale. Wir postulieren weiter, dass die Sulfidierung eine schnellere und größere As-Mobilisierung bewirkt als die zuvor untersuchte Oxidation, da abiotische Oxidation langsam ist, die As-S-Komplexierung in Lösung aber spontan und so As-Bindungen an NOM und Fe-Minerale schwächt. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir Batch-Experimente durchführen mit Mono- and Trithioarsenat-Standards und einem Arsenit-Sulfid Mix (der Thioarsenite enthält) bei pH 5, 7 und 9 an zwei ausgewählten NOMs (Federseemoor Torf und Elliott Soil Huminsäure; jeweils unbehandelt, S(-II)- und Fe(III)-komplexiert). Wir werden Sorptionsaffinität und -kinetik, sowie mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie Bindungsmechanismen bestimmen. Die Stabilität der (Thio)arsen-beladenen NOMs wird unter oxidierenden aber auch unter sulfidischen Bedingungen studiert und präferenzielle Bindung in binären Systemen (Kombinationen aus Fe-Oxyhydroxiden, Fe(III)-NOM, S(-II)-NOM und Fe-Sulfiden) untersucht. Ziel ist, As-Bindungsmechanismen in S(-II)-Fe(III)-NOM-Systemen besser zu verstehen, um vorhersagen zu können, unter welchen Bedingungen As Senken zu As Quellen werden können.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Sulfid ? Eisen ? Arsen ? Huminstoff ? Moor ? Ökologie ? Schwefel ? Anorganische Chemie ? Hydrogeologie ? Organisches Material ? Torf ? Prognose ? Technosol ? Halbwertszeit ? Hydrochemie ? Limnologie ? Oxidation ? Siedlungswasserwirtschaft ? Sorption ? Studie ? Umweltforschung ? Laborversuch ? Komplexbildung ? Schadstoffsenke ? Hydrologie ? Mineral ? Globale Aspekte ? Boden ? Sauerstoffmangel ? Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung ?

Region: Bayern

Bounding boxes: 12.53381° .. 12.53381° x 47.795° .. 47.795°

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License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Bereitsteller*in)
• Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik (Mitwirkende)
• Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie (Mitwirkende)
• Leibniz Universität Hannover, Institut für Mineralogie (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität Bayreuth, Bayerisches Forschungsinstitut für Experimentelle Geochemie und Geophysik, Bayerisches Geoinstitut (Mitwirkende)
• Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Bereich Umweltgeochemie (Betreiber*in)
• Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Geomikrobiologie (Mitwirkende)

Time ranges: 2016-01-01 - 2025-06-05

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: The influence of thioarsenic species formation on arsenic complexation to natural organic matter
  Description: Under anoxic conditions, arsenic (As) in its trivalent form (arsenite) has been reported to be completely sequestered by binding to natural organic matter (NOM) via sulfhydryl functional groups. Laboratory experiments showed that even when conditions turned oxic, arsenite bound to S(-II)-NOM had a half-life of more than 300 days and its stability was higher than that of the more commonly investigated arsenite sorbed to Fe(III) oxyhydroxides. The global implication is that organic-rich, sulfidic environments, such as wetlands, are important quantitative As sinks. However, all mechanistic studies carried out so far have exposed arsenite to pre-formed S(-II)-NOM, ignoring that in a system containing As(III), S(-II), and NOM, complexation of As(III) and S(-II) will form thioarsenites (H2AsIIIS-IInO3-n-, n=1-3) and thioarsenates (HAsVS-IInO4-n2-, n=1-4). Our central hypothesis is that kinetics of thioarsenic species formation in solution is faster than As(III) or S(-II) sorption to NOM and that therefore thioarsenic species determine extent and kinetics of As sorption in organic-rich, sulfidic environments. Competitive sorption to co-occurring (meta)stable iron mineral phases will also differ from known behavior of arsenite. Due to their instability and a lack of pure standards, sorption behavior of thioarsenites is unknown, yet. For thioarsenates, no information exists about binding to NOM, but binding to different Fe(III) minerals is known to be lower than that of arsenite. We hypothesize that thioarsenates show less and slower sorption than arsenite to S(-II)-NOM, because the covalent inorganic S bonds in thioarsenates decrease the affinity for S(-II)-NOM complexation. Thioarsenate binding to Fe(III)-NOM should be lower and slower in analogy to the known lower affinity for Fe(III) mineral phases. We also hypothesize that sulfidation causes faster and more As remobilization than the previously investigated oxidation because abiotic oxidation is slow, while S-complexation with As occurs spontaneously and destabilizes As binding to NOM and Fe mineral phases. To test our hypotheses, batch experiments will be conducted with mono- and trithioarsenate standards and an arsenite-sulfide mixture (forming thioarsenites) at pH 5, 7, and 9 with two selected NOMs (Federseemoor Peat and Elliott Soil Humic Acid; each non-reacted, S(-II)- and Fe(III)-reacted). Sorption affinity and kinetics will be determined and binding mechanisms will be identified using X-ray absorption spectroscopy. The stability of (thio)arsenic-loaded NOMs will be investigated under oxidizing but also under sulfidic conditions and preferential sorption in binary systems (combinations of iron oxyhydroxides, Fe(III)-NOM, S(-II)-NOM, and iron sulfides) will be determined. The overall goal is further elucidating As binding mechanisms in systems containing S(-II), Fe, and NOM to help predict under which conditions As sinks will turn into As sources. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083828

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/291020486 (Webseite)

Status

Aktiv

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