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Job-Börse BDG

PhD. In geosciences, ITN MSCA H2020, PANORAMA, (offer 2)
30.09.2020
Rennes, Frankreich
Ph.D. Title. Reactive transport of REE in natural porous media: experimental study and modeling
Research objectives

Context. Rare earth elements (REE) are crucial to a wide range of modern technologies. The high demand with respect to global REE production makes them technologically critical elements. Because of their extensive use and release to the environment, REE are also considered as emerging contaminants, whose negative effects on human and environmental health have been suggested. Because contaminants speciation largely affects their fate in the environment as well as their bioavailability and toxicity, it is necessary to develop reactive transport models to predict the fate of REE in natural systems.

Once released to the environment, the biogeochemical cycle of REE is strongly affected by natural particle. Adsorption onto mineral or organic surfaces can delay the transport of REE. However, REE have strong affinity for natural colloids, which are ubiquitous environmental (nano)particles (1 nm to 1 µm sized), stable in aqueous suspension and that can be transported by water over large distances. Therefore, it is necessary to investigate the effect of colloids on the transport of REE in water, soils and sediments.

Furthermore, if many studies aimed to determine the kinetic and thermodynamic parameters describing the adsorption of contaminants on the surface of minerals in batch (static conditions), recent studies show that under controlled hydrodynamic conditions (column into which a solution containing the contaminant is injected), the mechanisms at the solid-solution interface can be disturbed compared to experiments carried out in batch. Therefore, it is necessary to translate molecular information (obtained in batch conditions) to larger scales (column) to develop valuable models to assess the fate of REE in environmental systems.

Objectives. The aim of this thesis is to develop a new model allowing an accurate assessment of REE transport through connecting our understanding of molecular interactions of REE with mineral and/or organic reactive phases with the macroscopic behavior in heterogeneous systems. The properties and the dynamics of REE transport at geochemically relevant conditions will be characterized with experiments conducted under flow-through conditions in model (pure sand or sand coated with other minerals) or natural porous media (soil, sediments). The influence of key parameters (pH, Eh, ionic strength, and presence of naturally occurring ions) as well as the impact of natural organic and mineral colloids will also be investigated. Combined experimental and modelling investigations (surface complexation modeling and reactive transport) will be performed.

Methods used.
- Experiments under flow-through conditions (column).
- Reactive transport modeling, including colloidal transport.
- REE concentration determination by ICP-MS.
- Colloid and nano-aggregate characterization: DLS, A4F, SAXS…
- Mineral phase characterization: XRD, HRTEM, surface titration…
- Organic phase characterization: UV-vis, 3D fluorescence, IR, organic carbon concentration analysis...
- Surface characterization: XPS, synchrotron based spectroscopy…

Presentation of the research project (cooperative aspect)

This PhD position is within the framework of a European ITN project named PANORAMAM: EuroPean trAining NetwOrk on Rare eArth elements environMental trAnsfer: from rock to human involving 15 PhD positions.

Please find the complete job advertisement under the following link: https://euraxess.ec.europa.eu/jobs/515815
Université de Rennes 1

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