Project

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Designing pentavalent uranium species to uncover the mechanism(s) of environmental uranium reduction.

English title Designing pentavalent uranium species to uncover the mechanism(s) of environmental uranium reduction.
Applicant Mazzanti Marinella
Number 166455
Funding scheme Interdisciplinary projects
Research institution Institut des sciences et ingénierie chimiques EPFL - SB - ISIC
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Inorganic Chemistry
Start/End 01.10.2016 - 30.11.2020
Approved amount 640'276.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Inorganic Chemistry
Experimental Microbiology
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (4)

Pentavalent Uranium; Coordination chemistry; Uranium; Actinides

Lay Summary (French)

Lead
Ce projet vise à identifier le rôle de l’uranium pentavalent dans la réduction biotique et abiotique de l’uranyl(VI) en U(IV). Ce but sera atteint grâce une approche multidisciplinaire croisant la chimie inorganique, la spectroscopie, la géochimie et la dépollution environnementale.Ce projet est divisé en deux sous-projets. Cette organisation a été déterminée par les deux différents types d’agents réducteurs avec lesquels l’U(V) a été formé par réduction d’U(VI) dans divers systèmes environnementaux : Les enzymes et les agents réducteurs contenant un centre Fe(II).L’ensemble des compétences mises en oeuvre pour la réalisation de ce projet est très rarement trouvé à un seul endroit. Ainsi ce projet offre an opportunité exceptionnelle pour l’avancement de la chimie de l’uranium pentavalent dans une direction à fort impact environnemental.
Lay summary

Le premier objectif de ce projet est d’identifier le rôle de l’uranium pentavalent dans la réduction biotique et abiotique de l’uranyl(VI) en U(IV). Ce but sera atteint grâce une approche multidisciplinaire croisant la chimie inorganique, la spectroscopie, la géochimie et la dépollution environnementale. Ce projet contribuera à combler le fossé existant actuellement entre la littérature couvrant la chimie inorganique et celle couvrant la chimie environnementale. La recherche dans ces deux disciplines est menée de façon quasi indépendante mais la mise en place, à travers ce travail, d’une communication approfondie et d’une intégration consciencieuse des différentes approches et outils entre ces deux domaines est très prometteuse. Ce projet est divisé en deux sous-projets. Cette organisation a été déterminée par les deux différents types d’agents réducteurs avec lesquels l’U(V) a été formé par réduction d’U(VI) dans divers systèmes environnementaux : Les enzymes et les agents réducteurs contenant un centre Fe(II). Ce projet s’attaquera aux questions cruciales, et pour le moment sans réponse : 1) Comment l’uranyl pentavalent peut-il être stabilisé en conditions aqueuses ? 2) Le mécanisme de réduction enzymatique de l’U(VI) implique-t-il un transfert mono-électronique suivi d’une dismutation, ou d’un transfert à deux électrons ? 3) Le mécanisme de réduction de l’U(VI) par un agent Fe(II) implique-t-il la formation d’un composé d’uranyl(V) suivie soit par transformation en uranate ou par dismutation ?

Ce projet répondra non seulement à des défis cruciales la chimie de l’uranium(V) mais fournira aussi un panorama de référence sur le rôle de l’uranium pentavalent lors de la réduction d’U(VI) par des micro-organismes ou par des agents réducteurs de Fe(II). Elucider ces mécanismes permettra une meilleure compréhension de la mobilité de l’uranium dans l’environnement et donc le développement de techniques dépolluantes efficaces.

Direct link to Lay Summary Last update: 16.08.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

The primary goal of this project is to identify the role of pentavalent uranium in the biotic and abiotic reduction of uranyl(VI) to U(IV). This will be achieved using a multidisciplinary approach spanning inorganic chemistry and spectroscopy, microbiology, geochemistry, and environmental remediation. This project will contribute to cover the current gap between the inorganic chemistry and the environmental literature. These disciplines operate in virtually complete separation but, through the proposed work, hold significant promise through careful integration of the tools and approaches and extensive communication. The project is divided in two sub-projects. This organization was motivated by the two types of reducing agents in association with which U(V) has been encountered in environmental systems: enzymatically-mediated U(VI) reduction, and U(VI) reduction by Fe(II)-bearing reductants. The project will tackle the following important knowledge gaps:1) How can pentavalent uranyl be stabilized in aqueous conditions? 2) Does the mechanism of enzymatic U(VI) reduction entail one-electron transfer followed by disproportionation, or two-electron transfer?; 3) Does the mechanism of Fe(II)-mediated U(VI) reduction entail the formation of a uranyl(V) species followed either by transformation to a uranate species or disproportionation? This proposal will not only address key challenges in uranium(V) chemistry but will also provide an authoritative view of the role of pentavalent uranium in the reduction of U(VI) by microorganisms and by Fe(II)-bearing reducing agents. Elucidating these mechanism will help to gain a better understanding of the migration of uranium in the environment and to develop efficient remediation techniques. The combined competences that are tapped for the proposed are rarely encountered in the same location. Thus, the proposal presents a rare opportunity to further the field of pentavalent uranium chemistry in an environmentally relevant manner.
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