Miljø, materialer og faststof NMR spektroskopi

Fagområde: Miljøkemi, materialer og faststof  NMR spektroskopi

Vejleder: Ulla Gro Nielsen

Projektbeskrivelse

Vi arbejder med forskningsprojekter indenfor miljø, uorganisk og materialekemi og ofte i samarbejde med andre forskningsgrupper på SDU eller i udlandet samt virksomheder. Vi undersøger hvordan den kemiske struktur af materialer bestemmer deres egenskaber og derved muliggøre udvikling af effektive, miljøvenlige materialer til f.eks. genindvinding af kritiske råstoffer, effektive energimaterialer og katalysatorer. Til at opnå den information benytter vi en lang række moderne analysetekniker som f.eks. faststof NMR spektroskopi, røntgendiffraktion, og EXAFS til at bestemme den kemisk struktur. Vi undersøger deres funktion f.eks. evne til at rense vand med analytisk kemiske teknikker f.eks. ionkromatografi, grundstofanalyse og UV-VIS spektrofotometri. Materialerne syntetiseres i gruppen eller af vores samarbejdspartnere.

Nuværende forskningsområder dækker bl.a. nye materialer til genindvinding af fosfat, energimaterialer, MR-kontraststoffer, kvantematerialer, mineraler samt udvikling af NMR spektroskopi til karakterisering af metalorganisk og uorganiske materialer. Vi samarbejder derfor med f.eks. fysikere, biologer, ingeniører og geologer samt selvfølgelig kemikere både på universiteter og i virksomheder. Hvis du har en ide til et bachelorprojekt, der involverer nogle af ovennævnte teknikker eller områder, som ikke er beskrevet nedenfor, er du også velkommen til at kontakte os.

 

Fosfat – en kritisk ressource og et vandmiljøproblem

Hvordan Phoslock® et kommercielt produkt til kemisk sørestaurering permanent fjerner fosfat fra vandmiljøet. Mekanismen er bestemt ved at kombinere analytisk kemi med NMR og EXAFS.

Fosfor i form af fosfat er både et livsnødvendigt næringsstof og en stor forureningskilde i vandmiljøet, hvor især landbruget og spildevand fra husholdningen bidrager til forureningen. Det forudsiges, at verdens råfosfatdepoter er udtømte indenfor ca. 100 år. Ved at genindvinde fosfat fra spildevand og omdanne det til gødning, kan begge problemer løses. Vi arbejder med udvikling og test af nye materialer til selektiv fosfatfjernelse fra spildevand og efterfølgende genindvinding af fosfat herunder en forståelse af hvordan materialerne binder fosfat. Derudover laver vi fundamentale studier af kendte og potentielle materialer til kemisk sørestaurering (Se figur). Vi kombinerer analytisk kemi, syntese af uorganiske forbindelser og avancerede karakteriseringsteknikker som NMR spektroskopi, røntgendiffraktion, IR, og EXAFS.

Tidligere bachelorprojekter har undersøgt effektiviteten af forskellige materialer til fosfatfjernelse og metoder til genbrug af disse materialer. Nuværende forskningsprojekter er i samarbejde med Lektor Kasper Reitzel, Biologi samt forskere på Aalborg Universitet, Københavns Universitet og i udlandet.

 

Udvikling af paramagnetisk NMR spektroskopi til karakterisering af metalorganisk og uorganiske materialer

Faststof  13C NMR spektrum af et paramagnetisk Ni(II) kompleks tilordnet ved hjælp af computerberegninger. De uparrede elektroner på Ni(II) skifter resonanserne op til 900 ppm væk fra det kemisk skift, der er typisk for almindelige (diamagnetiske) organiske forbindelser.

 

Overgangsmetaller har en lang række fascinerende egenskaber på grund af de mange mulige oxidationstrin og koordinationstal herunder magnetiske og katalystiske egenskaber. Som rutinemetoder er NMR spektroskopi begrænset til diamagnetiske forbindelser (ingen uparrede elektroner), men man kan opnå vigtigt information om såkaldt paramagnetiske forbindelser. Vi arbejder med den eksperimentelle udvikling af paramagnetisk NMR. For eksempel studerer vi kvantematerialer som geometrisk frustrerede magneter med en kombination af faststof NMR og neutronbaserede teknikker i samarbejde med forskere på Københavns Universitet. Vi undersøger batterimaterialer med Dorthe Ravnsbæks gruppe og metalorganiske forbindelser i samarbejde med Christine McKenzie.

 

Er du interesseret i NMR spektroskopi og detaljeret analyse af NMR data, er et projekt med fokus på denne teknik mulig. I gruppen arbejder vi især med NMR af faste stoffer som f.eks. uorganiske forbindelser, mineraler og jordprøver med henblik på at bestemme prøvens sammensætning og atomare struktur. Her vil dit projekt omhandle eksperimentel NMR spektroskopi og dataanalyse ofte på egne prøver eller avancerede NMR eksperimenter kombineret med computerberegninger af data.

Samarbejde med virksomheder og forskningsinstitutioner

Gruppen har et etableret samarbejde med bl.a. Vandcenter Syd i relation til både drikke og spildevand. En større eller mindre del af projektperioden kan udføres hos dem.

Vi har startet et nyt projekt op med hospitalsfysikere på bl.a., OUH om studier af MRI kontraststoffer med NMR spektroskopi.

Udbuddet af projekter skifter, så kontakt Ulla (ugn@sdu.dk) for mere information.

Strukturel viden om materialer med faststof NMR spektroskopi

Hvis du har brug for karakterisering af dine prøver med NMR spektroskopi kan et projekt udføres i samarbejde med gruppen. Især for kemiske forbindelser med strukturel uorden, dynamik, defekter og/eller materiale med flere faser til stede er velegnede til faststof NMR studier. Tidligere samarbejdsprojekter er f.eks. studier af boreprøver fra Nordsøen, søsedimenter. spildevandsslam med NMR spektroskopi og lædemiddelformulering. Samarbejdspartnere inkluderer Christine McKenzie (FKF), Kasper Reitzel (Biologi), Dorthe B. Ravnsbæk (FKF), Carsten Uhd Nielsen (FKF) samt vores kollegaer i Frankrig, Tyskland og København.

For nærmere information

Ulla Gro Nielsen (ugn@sdu.dk)

Eksempler på tidligere bachelorprojekter

“The effect of calcination on the phosphate adsorption capacity of Zn2Al-LDH” Kamilla T Bünning (F2019)

“Syntese, Karakterisering og ionbytningsegenskaber af MAl4-LDH” Rune M. Christensen (F2019)

“The speciation of phosphorus at water water plants” Cecilie B Ehrenreich (F2019)

“The influence of anions on layered double hydroxides phosphate adsorption properties” Carina Nykjær (F2018)

”Indbygning af fosfat i zink aluminium lagdelte dobbelthydroxider” Nanna Hyrup (F2018)

 

De seneste studerende, der har lavet projekt på området:

Kamilla Bünning, Helena G. Christensen, Emma Z. Larsen, Cecilie B. Ehrenreich, Rune Møller Christensen, Nanna Hyrup, Carina Nykjær Anders B.A. Andersen, Andreas Ø. Drejer, Sara Ane Zachhau, Line Würtz Beck, Jonas Hyldahl Kristensen, Mads Galsgaard Klokker.