Dr. Brix, Kristina

Kristina Brix, Dr. rer. nat.
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Forschung

BMWi-Verbundprojekt GRaZ I und GRaZ II: "Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen"

Rückhaltung endlagerrelevanter Elemente an Calcium-Bentonit und Zementalterationsphasen


Die Suche nach einem geeigneten Endlager für hochradioaktiven Abfall in tiefen, geologischen Formationen ist heutzutage eine große Aufgabe, nicht nur in Deutschland, sondern für die gesamte Menschheit. Um dessen Sicherheit für über hunderttausend Jahre gewährleisten zu können ist es notwendig die Hauptinteraktionsprozesse zwischen dem radioaktiven Abfall und der umgebenden Formation zu kennen. Als potentielle Wirtsgesteine werden in Deutschland Granit und Steinsalz, aber auch Ton in Betracht gezogen. Neben dieser natürlichen Barriere, welche die Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umwelt verhindern soll, werden auch mehrere technische Barrieren eingesetzt. Eine dieser Barrieren ist Calcium-Bentonit, ein Gemisch aus verschiedenen Tonen, welcher als potentielles Puffermaterial und als Bohrlochverschluss dient. Für den Langzeitsicherheitsnachweis wird das Rückhaltevermögen von endlagerrelevanten Elementen an Calcium-Bentonit unter Berücksichtigung verschiedener geochemischer Parameter wie pH-Wert und Ionenstärke mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) untersucht.

Die Forschungsarbeiten in GRaZ II beziehen sich insbesondere auf die Wechselwirkungen von Radionukliden und deren Homologe mit Zement bzw. Beton und deren Alterationsprodukten innerhalb der geotechnischen Barriere eines potentiellen Endlagers unter dem Einfluss von hochsalinaren und hyperalkalinen Bedingungen. Schwerpunktmäßig soll das Verhalten von endlagerrelevanten Elementen bzw. Elementgemischen unter verschiedenen geochemischen Bedingungen (Formationswässer, Zementzusätze und Konkurrenzionen) untersucht werden. Als Elemente werden U(VI) als Kernbrennstoff bzw. Mo(VI) als ein mögliches homologes Element, Eu(III) als Stellvertreter für die dreiwertigen Actiniden, sowie Cs(I), Sr(II), Pd(II), Sm(III), Zr(IV) und Ru(IV) als mögliche Abbau- bzw. Spaltprodukte, als Strukturteile (beispielswese Hüllrohre oder Kokillen) sowie als nicht radioaktive homologe Stellvertreter ausgewählt. Die Untersuchungen werden dabei neben Einzelelement-Experimenten vor allem mit Elementgemischen („WASTe Cocktail“) mit Hilfe der Multielement ICP-MS im Konzentrationsbereich von 10-9 bis 10-5 mol/L durchgeführt.

 

Publikationen

Brix, K., Haben, A., Kautenburger, R. (2023) Fast determination of trace elements in high saline matrices via ICP-MS without additional cleanup steps, in Vorbereitung.

Ahmed, A.S., Müller, D.W., Bruyère, S., Holtsch, A., Müller, F., Brix, K., Migot, S., Kautenburger, R., Pierson J., Mücklich F. (2023) Significance of the zinc content in laser structured brass for the alteration in antibacterial properties, in Vorbereitung.

Haben, A., Brix, K., Bachmann, N., Kautenburger, R. (2023) Adaption of mini column experiments (MCE) for cementitious materials combined with a new way of data evaluation to gain sorption parameters, in Vorbereitung.

Brix, K., Haben, A., Kautenburger, R. (2023) Time-dependent retention of a mixture of Cs(I), Sm(III), Eu(III) and U(VI) as waste cocktail by calcium silicate hydrate (C-S-H) phases, eingereicht in Minerals.

Ahmed, A.S., Müller, D.W., Bruyère, S., Holtsch, A., Müller, F., Barrirero, J., Brix, K., Migot, S., Kautenburger, R., Jacobs, K., Pierson, J., Mücklich, F. (2023) Surface Modification of Brass via Ultrashort Pulsed Direct Laser Interference Patterning and Its Effect on Bacteria-Substrate Interaction, Applied Materials & Interfaces 15, 36908-36921.
http://dx.doi.org/10.1021/acsami.3c04801

Engel, S., Gießelmann, E.C., Schank, L.E., Heymann, G., Brix, K., Kautenburger, R., Beck, H.P., Janka, O. (2023) Theoretical and 27Al NMR Spectroscopic Investigations of Binary Intermetallic Alkaline-Earth Aluminides, Inorganic Chemistry 62, 4260-4271.
http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.2c04391

Waidha, A.I., Salihovic, A., Jacob, M., Vanita, V., Aktekin, B., Brix, K., Wissel, K., Kautenburger, R., Janek, J., Ensinger, W., Clemens, O. (2023) Recycling of All-Solid-State Li-ion Batteries: A Case Study of the Separation of Individual Components Within a System Composed of LTO, LLZTO and NMC, Chemistry-Sustainability-Energy-Materials 16, e202202361.
http://dx.doi.org/10.1002/cssc.202202361

Kautenburger, R., Brix, K., Baur, S., Sander, J.M. (2022) Development of mini column experiments (MCE) by coupling microliter flow HPLC with ICP-MS for the analysis of metal retention under conditions close to nature, Talanta Open 5, 100111.
http://dx.doi.org/10.1016/j.talo.2022.100111

Baur, S., Brix, K., Feuerstein, A., Janka, O., Kautenburger, R. (2022) Retention of waste cocktail elements onto characterised calcium silicate hydrate (C–S–H) phases: A kinetic study under highly saline and hyperalkaline conditions, Applied Geochemistry 143, 105319.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105319

Siems, K., Müller, D.W., Maertens, L., Ahmed, A., Van Houdt, R., Mancinelli, R.L., Baur, S., Brix, K., Kautenburger, R., Caplin, N., Krause, J., Demets, R., Vukich, M., Tortora, A., Roesch, C., Holland, G., Laue, M., Mücklich, F., Moeller, R. (2022) Testing Laser-Structured Antimicrobial Surfaces Under Space Conditions: The Design of the ISS Experiment BIOFILMS, Frontiers in Space Technologies 2, 773244.
http://dx.doi.org/10.3389/frspt.2021.773244

Brix, K., Baur, S., Haben, A., Kautenburger, R. (2021) Building the bridge between U(VI) and Ca-bentonite – Influence of concentration, ionic strength, pH, clay composition and competing ions, Chemosphere 285, 131445.
http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131445

Müller, D.W., Lößlein, S., Terriac, E., Brix, K., Siems, K., Moeller, R., Kautenburger, R., Mücklich, F. (2021) Increasing Antibacterial Efficiency of Cu Surfaces by targeted Surface Functionalization via Ultrashort Pulsed Direct Laser Interference Patterning, Advanced Materials Interfaces 8, 2001656.
http://dx.doi.org/10.1002/admi.202001656

Fischer, T., Tschering, T., Drews, F., Brix, K., Meier, C., Simon, M., Kautenburger, R., Schneider, M. (2021) siRNA delivery to macrophages using aspherical, nanostructured microparticles as delivery system for pulmonary administration, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 158, 284-293.
http://dx.doi.org/10.1016/j.ejpb.2020.11.024

Brix, K., Hein, C., Haben, A., Kautenburger, R. (2019) Adsorption of caesium on raw Ca-bentonite in high saline solutions: Influence of concentration, mineral composition, other radionuclides and modelling, Applied Clay Science 182, 105275.
http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2019.105275

Kautenburger, R., Brix, K., Hein, C. (2019) Insights into the retention behaviour of europium(III) and uranium(VI) onto Opalinus Clay influenced by pore water composition, temperature, pH and organic compounds, Applied Geochemistry 109, 104404.
http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.104404

Brix, K., Hein, C., Sander, J.M., Kautenburger, R. (2016) Simultaneous quantification of iodine and high valent metals via ICP-MS under acidic conditions in complex matrices, Talanta 167, 532-536.
http://dx.doi.org/10.1016/j.talanta.2017.02.056

 

Tagungsbeiträge (Vorträge)

Elemental content is more than just a number: investigating the retention and mechanisms of U(VI) via ICP-MS. EWCPS Conference 2023, Ljubljana, Slowenien.

On the Trace (Level) of a high-level nuclear waste Disposal - Retention of Cs(I), Eu(III) and Uranyl on Ca-Bentonite. DGMS Conference 2020, Münster, Deutschland.

Mit Miniatursäulenexperimenten zum Endlager - LC-ICP-MS-Kopplung im Hochsalineren und simultane Quantifizierung von Eu, Uranyl, Cs und Iodid im sauren Milieu. Agilent ICP-MS Anwendertreffen 2019, Waldbronn, Deutschland.

 

Poster

Mixed from a Waste Cocktail: considerations on background electrolyte’s composition and salinity, PBTC and iron influencing the retention of repository-relevant elements on potential barrier materials, Migration Tagung 2023, Nantes, Frankreich.

Simultaneous Quantification of Iodine and other Elements relevant for high-level nuclear Waste under acidic Conditions via ICP-MS for Determination of Sorption Isotherms on Ca-Bentonite, European Winter Concerence on Plasma Spectrochemistry 2019, Peau, Frankreich.

Simultaneous Quantification of Iodine and high valent Metals via ICP-MS under acidic Conditions in complex Matrices, Migration Tagung 2017, Barcelona, Spanien.

Modifying the Speciation of Iodine in saline Matrices for Quantification by ICP-MS, TraceSpec Tagung 2016, Danzig, Polen.

 

 

 

 

 

AG WASTe - Elementanalytik

Kontakt und Anfahrt:

apl. Prof. Dr. Ralf Kautenburger
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Universität des Saarlandes
Anorganische Chemie / Elementanalytik
Campus C4 1, 1. UG
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