Spektrale induzierte Polarisation und elektrische Impedanz-Tomographie an aktivkohlegträgerten Eisen(0)-Nanopartikeln

Abstract

Eisen(0)-Nanopartikel fördern bekanntlich die chemische und biologische reduktive Dechlorierung chlorierter Kohlenwasserstoffe, die zu den abbauresistentesten Schadstoffen im Grundwasser gehören. Das direkte Injizieren von Eisen(0)-Nanopartikel in einen Aquifer wird allerdings durch ihre geringe Mobilität im Boden stark eingeschränkt. Unlängst wurde ein Kompositmaterial aus Eisen(0)-Nanopartikel und Aktivkohle (Carbo-Iron) mit höherer Mobilität vorgestellt, für das die Quantifizierung und Optimierung des Transportverhaltens im Boden gerade untersucht wird. Da feinverteilte elektronisch leitende Materialien in Kontakt mit einem Elektrolyten bekanntlich eine große Aufladbarkeit besitzen, scheinen die spektrale induzierte Polarisation (SIP) und die elektrische Impedanz-Tomographie (EIT) als vielversprechende nicht-invasive Messtechniken für die Erkennung und Beobachtung von Carbo-Iron im Untergrund geeignet zu sein. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die Anwesenheit von Carbo-Iron auf Grund von elektrolytisch leitfähigen Nebenbestandteilen zu einem beträchtlichen Anstieg des Realteils der komplexen elektrischen Leitfähigkeit in einem wassergesättigten Sand über den gesamten Frequenzbereich von 1 mHz bis 45 kHz führte. Bedeutender ist aber die Tatsache, dass der Imaginärteil der komplexen Leitfähigkeit oberhalb von 10 Hz wegen der Polarisation der Carbo-Iron-Partikel stark ansteigt. Es konnte mit hinreichender Genauigkeit eine lineare Beziehung zwischen der komplexen elektrischen Leitfähigkeit bei 1 kHz und der Carbo-Iron-Konzentration aufgestellt werden. Es wurden zwei 2D-Infiltrationsexperimente mit unterschiedlichen Mengen an Carbo-Iron durchgeführt, und die räumliche Verteilung des Carbo-Iron wurde mit EIT bestimmt unter Benutzung der aufgestellten Kalibrierungsbeziehung bei 1 kHz. Während die Ausdehnung des Infiltrationsbereichs von Carbo-Iron gut erfasst werden konnte, konnten allerdings auf Grund von Einschränkungen bei der Genauigkeit der Bildgebung nur etwa 70 % der infiltrierten Menge wiedergefunden werden