Schwingungsspektroskopische Untersuchungen der Sorption von Np(V) an Mineraloxiden (Al2O3, SiO2, TiO2) in wässriger Lösung.

Neptunium ist eines der wichtigsten Radionuklide in der Problematik der Endlagerung nuklearer Abfälle. Obwohl die Np-Konzentrationen im radioaktiven Abfall aus der Energiegewinnung gering sind, zählt es aufgrund seiner hohen Halbwertszeit (2x106 Jahre), seiner physiologischen Verfügbarkeit und seiner potenziell gesundheitlichen Schadwirkung zu den gefährlichsten Nukliden [1].

Die Sorption von Neptunium an der Wasser-Mineral Grenzfläche spielt eine wesentliche Rolle in der Abschätzung seines Migrationsverhaltens in der Umwelt. Frühere Untersuchungen zeigen, dass die Np(V) Sorption an Tonmineralen durch eine Vielzahl verschiedener Faktoren beeinflusst wird, z. B. pH-Wert, Np-Konzentration, Vorhandensein anderer Kationen und Ionenstärke. Bekannte Sorptionseigenschaften wurden vorrangig mittels Batch Versuchen erhalten [2-4]. Aussagen über die Struktur und Stöchiometrie der bei der Sorption entstandenen Neptuniumkomplexe konnten bisher nur über die Modellierung von Sorptions- und thermodynamischen Daten gewonnen werden und sind durch geeignete spektroskopische Methoden zu überprüfen [4].

Die Infrarotspektroskopie kann durch die Erfassung von charakteristischen Schwingungsfrequenzen von funktionellen Gruppen (z. B. NpO2+) Informationen zur Struktur von Molekülen bzw. von Molekülkomplexen liefern [5]. In wässrigem Milieu werden diese Untersuchungen mittels der „Attenuated Total Reflection“-Technik (ATR) durchgeführt. Somit kann die Sorption von Ionen an mineralischen Phasen in situ (z. B. in Durchfluss-experimenten) eingehend studiert werden. Durch das definierte Einstellen physikalisch-chemischer Parameter der wässrigen Lösung (pH-Wert, Ionenstärke, etc.) lassen sich definierte, naturnahe Reaktionsbedingungen schaffen.
Als Modellsystem für komplexe Tonminerale soll sich diese Untersuchung mit der Np Sorption an verschieden Mineraloxiden (z. B. Al2O3, SiO2, TiO2) beschäftigen. Die zu erhaltenden IR-Spektren sind von großer Bedeutung, um die Komplexierung der NpO2+ Kationen mit den Aluminol-, Silanol- oder Titanol- Oberflächengruppen zu verstehen und dienen als Basis für spätere Untersuchungen komplexerer Mineralsysteme.

Referenzen:

[1] Kaszuba, J.P. et al. (1999) Environ. Sci. Technol. 33, 4427-4433.
[2] Li, W.J. et al. (2003) J. Colloid Interface Sci. 267, 25-31.
[3] Del Nero, M. et al. (2004) Chem. Geol. 211, 15-45.
[4] Tochiyama, O. et al. (1995) Radiochim. Acta 68, 105-111.
[5] Müller, K. et al. (2009) Environ. Sci. Technol. 43, 7665-7670.

Geplante Arbeiten:

FT-IR Durchflussexperimente zur Sorption von Np(V) an Al2O3, SiO2, TiO2 bei Variation sorptionsbestimmender Parameter (pH, Np(V)-Konzentration, Ionenstärke, Anwesenheit von anorganischen Liganden, z. B. Carbonat)