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Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
The Brazilian sugarcane industry produced around 173 million tons (Mt) of bagasse in 2018. Bagasse is a by-product of juice extraction for ethanol and sugar production and is combusted in order to generate power, producing up to 10 Mt of ash per year. This ash contains various concentrations of plant nutrients, which allow the ash to be used as a crop fertilizer. However, the concentration and extractability of phosphorus (P), an essential plant nutrient, are low in bagasse ash. To increase the P content, we co-gasified and co-combusted bagasse with P-rich chicken manure. The resulting ash was thermochemically post-treated with alkali additives (Na2SO4 and K2SO4) to increase the availability of P to plants. We aimed to: (i) investigate the effect of thermochemical post-treatment of co-gasification residue and co-combustion ash on P availability to soybeans, (ii) explore the potential of chemical extraction methods (citric acid, neutral ammonium citrate, formic acid, and Mehlich-I) and diffusive gradients in thin films (DGT) to predict the availability of P to soybeans, and (iii) identify the responsible P-phases using X-ray diffraction . We evaluated P availability to soybeans growing in Brazilian Oxisol soil in two independent greenhouse pot experiments. The positive effect of thermochemical treatment on P availability from gasification residue was confirmed through the observation of increased P uptake and biomass in soybean plants. These findings were confirmed by chemical extraction methods and DGT. The gasification residue contained whitlockite as its main P-bearing phase. Thermochemical post-treatment converted whitlockite into highly soluble CaNaPO4. In contrast, co-combustion ash already contained highly soluble Ca(Na,K)PO4 as its main P-bearing phase, making thermochemical post-treatment unnecessary for increasing P availability. In conclusion, increased extractability and availability of P for soybeans were closely connected to the formation of calcium alkali phosphate. Our findings indicate that this combined methodology allows for the prediction of P-fertilization effects of ash.
Synthesis of new upconversion (UC) materials that can convert near-infrared excitation light into visible emission light with high efficiency has crucial importance for energy and bio-applications. Herein, SrF2 single crystals with a doping concentration of 2 mol% Er3+ and 2–8 mol% Yb3+ were synthesized and the optical properties were studied. The absorption cross-section of the different doping ions was calculated. To identify the most efficient and brightest material absolute excitation power dependent UC photoluminescence quantum yields (ϕUC) and brightness values were determined. In addition, excitation characteristics and luminescence lifetimes were analysed to understand the changes in population pathways and possible quenching mechanisms. A dominant two-photon population behaviour of the red and green emission bands was observed for all investigated doping concentrations of Yb3+ and Er3+. The ϕUC value of 6.5% measured using 230 W cm−2 of 976 nm excitation for SrF2 crystal co-doped with 2 mol% Er3+ and 3 mol% Yb3+. These findings broaden the scope of efficient UC materials apart from the record UC material β-NaYF4:Yb3+, Er3+ and provide benchmark values for cubic-phase and especially SrF2- nano and micrometer sized materials.
Der Bericht zum Arbeitspaket 3 baut auf den Ergebnissen der internationalen Recherche (AP1) sowie der Zusammenstellung der Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für die Endlagerbehälter (AP2) auf. Die Anforderungen an die Behälter – regulatorische, betriebliche sowie solche aus der Standortgeologie und den Einwirkungen und Prozessen, denen die Behälter ausgesetzt sind – werden hergeleitet und systematisch dargestellt.
Die für das Endlagersystem zu betrachtenden Nutzungsphasen werden aus den regulatorischen Anforderungen hergeleitet und charakterisiert. Die Einwirkungen auf die Behälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen sowie die sich für die Erfüllung der Sicherheitsfunktionen des Behälters als Teil des Endlagersystems ergebenden Behälterfunktionen werden ebenfalls wirtsgesteins- und zeitphasenabhängig betrachtet. Schließlich werden aus den Einwirkungen auf die Behälter und den Anforderungen an die Behälterfunktionen auch quantifizierbare Behälterfunktionen für alle drei potenziellen Wirtsgesteine abgeleitet.
The very strong Lewis acid aluminium chlorofluo-ride (ACF) was loaded with anhydrous HF. The interactionbetween the surface of the catalyst and HF was investigatedusing a variety of characterization methods, which revealed he formation of polyfluorides. Moreover, the reactivity ofthe HF-loaded ACF towards the hydrofluorination of alkyneswas studied.
Im Forschungsvorhaben KoBrA werden Anforderungen an Endlagerbehälter für hochradioaktive Abfälle erstmals systematisch und unter Berücksichtigung des internationalen Standes von Wissenschaft und Technik hergeleitet. Parallel werden die behälterrelevanten Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für Endlagerbehälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein ermittelt. Darauf aufbauend werden die zur Erfüllung der Anforderungen unter den gegebenen Einwirkungen und Beanspruchungen notwendigen Behälterfunktionen bestimmt und erste Konzeptideen für zukünftige Endlagerbehälter diskutiert bzw. entwickelt.
Dieser Bericht untersucht die im ersten Arbeitspaket ermittelten vorhandenen bzw. entwickelten Behälterkonzepte dahingehend, inwieweit die jeweiligen Behälterfunktionen unter den im zweiten und dritten Arbeitspaket ermittelten Randbedingungen und Einwirkungen den im dritten Arbeitspaket ermittelten Anforderungen an endlagerfähige Behälter in einem deutschen Endlager genügen. Zum anderen sollen, basierend auf den im zweiten Arbeitspaket ermittelten Randbedingungen und den im dritten Arbeitspaket hergeleiteten und zusammengestellten Anforderungen an die Endlagerbehälter, Vorschläge für mögliche generische Endlagerbehälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein erarbeitet werden. Die im ersten Arbeitspaket recherchierten Behälterkonzepte, deren Entwicklungslinien und zugrundeliegende Behälteranforderungen bilden hier den Ausgangspunkt für weitergehende Überlegungen hinsichtlich ihrer potenziellen Eignung für ein zukünftiges deutsches Endlager und zur Skizzierung generischer Konzepte für zukünftige Endlagerbehälter.
A new metallosilicate based on yttrium was synthesized and characterized by XRD, FT-IR, 29Si MAS-NMR, and 89Y MAS-NMR. The mixed framework of the material was confirmed by the detection of distinct chemical shift groups using 29Si MAS-NMR (at -82 to -87 ppm, -91 to -94 ppm, -96 to -102 ppm, and -105 to -108 ppm), as well as four distinct chemical shifts in the 89Y MAS-NMR spectrum (at -89, -142, -160, and -220 ppm). Adsorption and kinetic analyses indicated the potential of the new material for the removal of lead and cadmium from aqueous media. The adsorption results for lead indicated that dynamic equilibrium was reached after five hours, with total lead removal of around 94 %, while for cadmium it was reached in the first hour, with total Cadmium removal of around 74 %. The adsorptions of lead and cadmium were modeled using pseudo-first order (PFO) and pseudo-second order (PSO) kinetic models. Although both models provided high R2 values (0.9903 and 0.9980, respectively), the PSO model presented a much lower χ2 red value (4.41×10−4), compared to the PFO model (2.12×10−3), which indicated that the rate-limiting step was probably due to the chemisorption of lead from the solution onto the yttrium-based metallosilicate.
Single particle imaging of upconversion nanoparticles (UCNPs) has typically been realized using hexagonal (β) phase lanthanide-doped sodium yttrium fluoride (NaYF4) materials, the upconversion luminescence (UCL) of which saturates at power densities (P) of several hundred W cm−2 under 980 nm nearinfrared (NIR) excitation. Cubic (α) phase UCNPs have been mostly neglected because of their commonly observed lower UCL efficiency at comparable P in ensemble level studies. Here, we describe a set of sub-15 nm ytterbium-enriched α-NaYbF4:Er3+@CaF2 core/shell UCNPs doped with varying Er3+ concentrations (5–25%), studied over a wide P range of ∼8–105 W cm−2, which emit intense UCL even at a low P of 10 W cm−2 and also saturate at relatively low P. The highest upconversion quantum yield (ΦUC) and the highest particle brightness were obtained for an Er3+ dopant concentration of 12%, reaching the highest ΦUC of 0.77% at a saturation power density (Psat) of 110 W cm−2. These 12%Er3+-doped core/shell UCNPs were also the brightest UCNPs among this series under microscopic conditions at high P of ∼102–105 W cm−2 as demonstrated by imaging studies at the single particle level. Our results underline the potential applicability of the described sub-15 nm cubic-phase core/shell UCNPs for ensemble- and single particle-
level bioimaging.
Ti-Al-Nb based intermetallic layers of sufficient quality and thickness were obtained by non-vacuum electron beam cladding on the surfaces of Ti workpieces. Optical microscopy and X-ray tomography did not reveal any dramatical defects in the structure of cladded layers. X-ray diffraction as well as scanning and transmission electron microscopy were applied to thoroughly investigate the structure and phase composition of coatings. It was found that non-equilibrium cooling conditions of coatings provided by fast removal of heat to untreated Ti substrate after the electron beam cladding was terminated induced the proceeding of metastable phase transformations. For example, γ-phase formation was suppressed in these coatings. In coatings with 8 and 20 at.% Nb (46 and 43% Al respectively) along with ordered with α2, formation of disordered solution of the alloying elements in α-Ti took place. In high-Nb alloys β(B2) phase has undergone the diffusionless transformation to ω’, which is the intermediate phase in β → ω and the coating with the maximum Nb content characterized by appearance of γ1 as a main phase. ω-phase had negative influence to hardness and wear resistance of coatings, however, generally this paremeter increased in 1.3–1.75 times compared to cp-Ti. The high temperature creep and oxidation properties decreased proportionally with increasing Nb and decreasing Al content in the cladded layers.