Molekulardynamiksimulation von Adsorptions- und Desorptionsprozessen zur Phosphorrückgewinnung

Der Verbrauch natürlicher Ressourcen durch moderne Industriegesellschaften führt  zu einem alarmierenden Mangel an wesentlichen Rohstoffen. Als wichtiger Rohstoff in der Düngemittelproduktion gehört Phosphor zu den 30 kritischen Rohstoffen, die derzeit von der EU aufgelistet sind und ein hohes Versorgungsrisiko sowie eine große wirtschaftliche Bedeutung haben. Kommunales Abwasser und Klärschlamm haben ein hohes Substitutionspotenzial für geogenen Phosphor. Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts WERA wird die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser untersucht.

Die Wechselwirkung von Phosphationen mit Adsorbensoberflächen ist entscheidend für die technischen Prozesse zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser, wie sie von WERA adressiert werden.

Dieses Promotionsprojekt zielt darauf ab, das Adsorptionsverhalten von Phosphationen auf Adsorbensoberflächen mithilfe molekularer Simulationen basierend auf klassischen Kraftfeldern zu untersuchen. Diese Simulationen bieten detaillierte Einblicke in die grundlegenden Prozesse an der Grenzfläche, die experimentell schwer zu beobachten sind. Das Projekt beginnt mit der Entwicklung eines Modells für die Bulkphase wässriger Phosphatlösungen, dessen makroskopische Eigenschaften mit experimentellen Daten verglichen werden sollen. Dieses Modell wird dann verwendet, um Adsorptions- und Desorptionsprozesse auf Adsorbensoberflächen vorherzusagen und so ein klareres Verständnis der Grenzflächenstruktur und der Kinetik dieser Prozesse zu gewinnen.

Die wichtigsten Ziele umfassen:

•    Aufklärung der grundlegenden Prozesse der Phosphatadsorption und -desorption auf Adsorbensoberflächen
•    Untersuchung des Einflusses von Verunreinigungen in wässrigen Lösungen auf den Adsorptionsprozess
•    Bewertung des Einflusses verschiedener Adsorbensmaterialien auf die Phosphatadsorption

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