Anionenkonkurrenz und -selektivität bei der Sorption von Radionukliden an Organotonen
Final Report Abstract
In dem Projekt wurde das Selektivitätsverhalten von Organotonen bei der Adsorption von Anionen, insbesondere von im Kontext der Endlagersicherheit relevanten Anionen, untersucht. Die langlebigen Spaltprodukte lod-129, Selen-79 und Technetium-99 liegen im wässrigen Milieu in anionischer Form vor. Dadurch könnten sie im Falle von Behälterversagen von bisherigen, auf naturbelassenen Tonen beruhenden Barrierekonzepten aus einem zukünftigen Endlager wegtransportiert werden. Mit organischen Kationen modifizierte Tone (Organotone) können diese und andere Anionen adsorbieren und somit ihre Mobilität stark einschränken. Die verwendeten Organotone wurden durch die Modifizierung eines Bentonits (MX-80) und eines Vermiculites mit Hexadecylpyridiniumchlorid (HDPy-CI), Hexadecyltrimethylammoniumchlorid (HDTMA-CI) und Benzethoniumchlorid (BE-CI) hergestellt. Der Belegungsgrad der Organobentonite übertrifft dabei die Kationenaustauschkapazität des Tones, wobei die zusätzliche positive Ladung durch die Aufnahme von Chlorid ausgeglichen wird. Die Belegung der Tone führt zu einer Aufweitung der Tonzwischenschichten, aus der auf die Anordnung der organischen Kationen in bi- und pseudotrimolekularen Strukturen innerhalb der Zwischenschicht geschlossen werden kann. Bei der Modifizierung des Bentonits mit HDPy konnte ein bisher nicht beschriebener Einfluss der Konzentration des Organokations auf den Belegungsgrad und die Adsorptionsfähigkeit des Organotons beobachtet werden. Die Untersuchung der Organovermiculite wurde nach einigen ersten Adsorptionsversuchen eingestellt, da der Ton die organischen Kationen nicht in dem erwünschten Maß aufgenommen hatte. Die Adsorption der Anionen lodid (l"), Perrhenat (ReO4" - als chemisches Analogen zu Pertechnetat verwendet), Selenit (SeO3 2~) Nitrat (N03") und Sulfat (SO4 2~) wurde im Batchverfahren durchgeführt. Die Analyse der Anionenkonzentrationen erfolgte hauptsächlich ionenchromatographisch, bei lodid und Selenit teilweise auch über den Zusatz eines radioaktiven Tracers. Zusätzlich wurde in einigen Fällen die Aufnahme von lod, Rhenium und Selen mittels Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse untersucht. Die Adsorption der Anionen lodid, Perrhenat, Selenit, Nitrat und Sulfat an die Organotone erfolgt hauptsächlich über den Anionenaustausch mit Chlorid. Die Organobentonite zeigen eine klare Selektivität bei der Adsorption von Anionen. Die aus den Selektivitätskoeffizienten und Austauschisothermen ermittelte Affinitätsreihe der bevorzugten Adsorption lautet: Perrhenat > lodid > Nitrat > Chlorid > Sulfat > Selenit. Diese Reihe entspricht der Zunahme der Hydratationsenergie der Anionen, so dass die Selektivität der Organotone auf das Bestreben zur Energieminimierung zurückgeführt werden könnte. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass im Fall von Behälterversagen austretendes lodid oder Pertechnetat von einer geotechnischen Barriere mit einem Organotonbestandteil zurückgehalten wird. Konkurrenz durch andere Anionen wie Chlorid, Nitrat oder Sulfat sollte die Rückhaltung von lodid und Pertechnetat nicht erheblich beeinflussen.
Publications
- Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C.: Adsorption von Selenit durch Organotone. Jahrestagung der Gesellschaft Deutscher Chemiker, Düsseldorf, 11.-14.09.2005
- Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C.: Anion selectivity of hexadecylpyridinium- modified bentonites. Euroclay Conference, Aveiro, Portugal, 22.- 27.07.2007
- Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C.: Influence of the inorganic counter-ion of iodide on the adsorption of iodide to organoclays. Annual meeting of the DTTG, Celle, Germany, 10.-12.10.2005
- Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C.: Organoclays as adsorbents for anions: selectivity and ion-exchange processes. EGU general assembly, Vienna, Austria, 15.-20.04.2007
- Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C.: Sorption of iodine and selenium by organoclays as influenced by competing anions. International meeting: Clays in Natural and Engineered Barriers for Radioactive Waste Confinement, Tours, France, 14.-18.03.2005
- Extended Abstract: Behnsen, J., Riebe, B., Bunnenberg, C. (2005): Influence of the inorganic counter-ion of iodide on the adsorption of iodide to organoclays. Berichte der Deutschen Ton- und Tonmineralgruppe 11, 2-5.
