Manganit – marksanerare för tungmetaller och växtbekämpningsmedel?

Syftet med avhandlingen är att beskriva ytkemin hos ett manganmineral med namnet manganit (g-MnOOH). Manganits förmåga att binda upp kadmiumjoner och glyfosat har särskilt undersökts. Glyfosat och kadmium är båda intressanta ämnen i ett miljöperspektiv, glyfosat eftersom det är en aktiv ingrediens i vissa växtbekämpningsmedel och kadmium på grund av att det är en giftig metall som förekommer i vår miljö. Dessa ämnen kan fastna på manganitytan vilket kan påverka deras öde i naturen. En tänkbar tillämpning på forskningen som presenteras i denna avhandling är att använda manganit inom marksanering för att binda upp glyfosat och kadmium.

Fördelningen i naturen av tungmetaller och växtbekämpningsmedel påverkas av ett flertal processer, bland annat kan de fastna (adsorbera) på ytan av partiklar. I vattendrag följer i sådana fall dessa kemikalier med partiklarna när de sedimenterar eller transporteras iväg i vattenströmmar. I naturliga vattendrag finns ofta stora mängder av dessa mineralpartiklar och de kan därför i stor grad påverka olika kemiska processer i vattnet. I naturen är mineraler som innehåller aluminium, järn och mangan vanliga. Aluminium- och järninnehållande mineraler har studerats i större utsträckning än de som innehåller mangan och därför studerades ytkemin hos manganit, ett mineral som kan bildas i sjövatten och i jordar.

För att undersöka manganits ytkemi användes ett flertal metoder. Spektroskopi (XPS, EXAFS, FTIR) och röntgendiffraktion gav information om olika provs sammansättning med avseende på mängd och struktur på molekylnivå. Adsorptionsstudier och ytladdningsmätningar användes för att undersöka kemiska förändringar i lösningarna och på ytan av manganitpartiklarna. Mikroskopi (AFM och SEM) användes för att beskriva den yttre formen hos manganitkristallerna.

I avhandlingen visas att manganitpartiklar får en negativ ytladdning vid alkaliska pH-värden. Ytans negativa laddning minskar då pH sjunker och vid pH 8.2 är ytan oladdad. Under detta pH-värde är ytan positivt laddad och under pH 6 löser manganit upp sig och omvandlas till ett mineral med namnet pyrolusit (b-MnO2). Vid alkaliska pH-värden fastnar manganit gärna på metalljoner men i närvaro av glyfosat minskar denna adsorption. Däremot ökar glyfosat metalljonadsorptionen vid neutrala pH värden. Adsorptionen av glyfosat ökade både vid neutrala och alkaliska pH-värden i närvaro av kadmiumjoner. I ett naturligt vatten med pH 6-7, skulle detta till exempel kunna betyda att manganit adsorberar mer metalljoner om föreningar som glyfosat finns närvarande.

Tidigare undersökningar har visat att nedbrytningen av glyfosat blir långsammare hos adsorberade molekyler. Ramstedts resultat kan därför tyda på att glyfosatmolekylerna troligen kommer att brytas ner långsammare i närvaro av manganit. Om även kadmiumjoner finns närvarade, kan nedbrytningen minska ännu mer eftersom kadmiumjoner binder upp den del av molekylen där nedbrytningen börjar. Däremot kommer adsorptionen att leda till en minskad rörlighet av både glyfosat och kadmiumjoner i jordar som innehåller manganit.
E-publicering: http://publications.uu.se/umu/theses/abstract.xsql?dbid=253

Onsdagen 19 maj försvarar Madeleine Ramstedt, institutionen för kemi, oorganisk kemi, sin avhandling med titeln ”Chemical Processes at the Water-Manganite (g-MnOOH) Interface”. Svensk titel: ”Kemiska processer vid gränsytan mellan vatten och manganit (g-MnOOH)”.
Disputationen äger rum kl 13.00 i sal KB3B1 i KBC-huset, Umeå universitet. Fakultetsopponent är Professor Steven A. Banwart, Groundwater Protection and Restoration Group, Department of Civil & Structural Engineering, University of Sheffield, England

Kontaktinformation
Madeleine Ramstedt är bördig från Skarvsjöby i Storumans kommun, Västerbottens län.

Madeleine nås på:
Tel: 090-786 96 35
E-post: madeleine.ramstedt@chem.umu.se