EXAFS-Untersuchungen zur Rolle von Silicium bei der Sorption von umweltrelevanten Schwermetallen (Zn, As, Pb) in Speichermineralen (FeOOH,CSH)

Bei den Sorptions- und Desorptionsmechanismen an Mineraloberflächen ist oft nicht bekannt, durch welchen Mechanismus bestimmte Spurenelemente gebunden werden (Adsorption, Ionenaustausch, Ausfällung). Heterogene Reaktionen an der Fluid/Mineral-Grenzfläche sind im Allgemeinen sehr komplex. Ein Grund dafür ist, dass mehrere Mechanismen simultan ablaufen können. Da verschiedene Reaktionstypen räumlich getrennt ablaufen, d.h. im mikroskopischen Maßstab an unterschiedlichen Reaktionsplätzen, müssen die individuellen Reaktionsmechanismen auf atomarem Maßstab untersucht werden, um die Komplexität der Gesamtreaktion zu verstehen. Mit Hilfe der EXAFS Spektroskopie wurde die Bindungsform und -art der eingelagerten Zink- und Blei-Atome in die synthetische Calciumsilikathydratphase (CSH) und des adsorptiv gebundenen Arsens an der Oberfläche der natürlichen Eisenhydroxidphase bestimmt. Hierbei spielt Silizium eine relevante Rolle für die Immobilisierung von Schwermetallen. In beiden Fällen, in denen das Silizium einerseits als Adsorbat an der Oberfläche der Eisenhydroxidphase und andererseits in die Struktur der Mischphase gebunden vorliegt, trägt es wesentlich zur Form und Art der Bindung der Schwermetalle in die neugebildete Phase bei.In order to make a statement about the immobilization of heavy metals it is necessary to know detailed information about sorptions- and desorption mechanisms. The mobilization and transport of trace elements are controlled by sorption at mineral surfaces. It is often not known what kind of mechanims will take place (adsorption, ionic exchange, precipitation) at the fluid/ minerals interface. During the immobilization processes a lot of mechanisms can take place simultaneously. The only possibility to get information about these complex immobilization processes is the examination at atomic scale.The spectroscopic results at the atomic scale obtained with help of the EXAFS spectroscopy shows the important role silicium plays in heavy metals immobilization processes. EXAFS Zn-, Ca-, Si K-edge and PbLIII-edge analyses reveal the site occupation of Zn and Pb in CSH, whereby the Zn(O,OH)4 and Pb(O,OH)4 tetrahedra are bound in layer rather than interlayer positions substituting for the silicate bridging tetrahedra and/or at terminal silicate chain sites. EXAFS Fe-, As- and Si K-edge analyses of natural hydrous ferric oxides reveal the bidentate binuclear surface complexations of the oxoanions arsenate and silicate and in addition the bidentate mononuclear surface complexation of the oxoanion arsenate