Publications Repository - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Technetium (Tc, Ordnungszahl 43) ist das leichteste Element, welches keine stabilen Isotope besitzt. Das Hauptvorkommen von Tc stammt aus anthropogen Quellen, wie abgebrannten Brennstoffen aus Kernkraftwerken, Atomwaffentests, sowie nuklearen Unfällen. Das Radionuklid Tc-99 entsteht hierbei als ein Spaltprodukt mit rund 6% Ausbeute und ist somit im nuklearen Abfall vorhanden, welcher im geologischen Tiefenendlager für 1Mio Jahre gelagert werden soll. Zusätzlich wird Tc-99m als Kontrastmittel in der Medizindiagnostik angewendet, welches zu Tc-99 zerfällt und in das Abwasser gelangt. Aus diesen Gründen besteht die Notwendigkeit, die Interaktion von Tc mit Mineralen zu untersuchen, um Möglichkeiten zur immobilisierung zu finden. Das in Wasser mobile Pertechnetat (Tc(VII)O₄⁻) kann durch Sorption und Reduktion zu schwerlöslichem TcO₂ an Fe(II)-haltigen Mineralen zurückgehalten werden.
In dieser Arbeit wurde die Retention an Vivianit (Fe₃(PO₄)₂·8 H₂O) untersucht. Das türkisfarbene Mineral wurde erfolgreich über eine Präzipitation unter Inertgas synthetisch hergestellt. Mittels XRD und Raman konnte die Übereinstimmung mit Referenzspektren für Vivianit bei dem Gleichwichts-pH-Wert pH 6,7 festgestellt werden. Bei einer Verringerung des pH-Wertes auf pH 5 ist Vivianit weiterhin stabil, während bei einem pH-Wert von pH 12 eine Phasenänderung zu Amakinit (Fe(II)(OH)₂) stattfindet. TcO₄− kann durch suspendiertes Vivianit aus der Lösung bei pH 8 im Verlauf von 20 d entfernt werden, während bei pH 6,5 die Immobilisierung nicht stattfindet. Mit steigender Konzentration an Vivianit in der Lösung steigt auch die Entfernung von TcO₄− bei pH 6,5. Bei pH 8 hingegen sinkt die Entfernung mit größerer Mineralkonzentration bei 3 d Sorptionszeit, wobei nach 10 d Tc in der Lösung nicht mehr detektierbar ist. Vermutet wird die Bildung löslicher Tc-phosphate. Mit steigendem pH-Wert steigt die Immobilisierung von Tc aus der Lösung. Bei niedrigen pH-Werten ist die geringe Sorption auf die hohe Löslichkeit des Minerals und damit auf die kinetisch gehinderte Homoreduktion von Tc(VII) durch gelöstes Fe(II) zurückzuführen. Die Untersuchung der Oberfläche mit XPS deutet auf eine vollständige Reduktion von Tc(VII) zu Tc(IV) hin. Die weiterhin hohe Löslichkeit des Tc untermauert die Theorie der Tc-phosphatverbindungen.
Ein Anstieg an oxidischen Verbindungen, welche auf TcO₂ hindeuten, wurden einzig bei pH 12 detektiert. Die Reoxidationsexperimente in dieser Arbeit haben eine geringe Remobilisierung von Technetium unter oxidierenden Bedingungen nach 30 d gezeigt. Im Gegenteil konnte sogar eine Steigerung der Immobilisierung bei niedrigen pH-Werten festgestellt werden.