Die Bildung von Uran(IV)-Silica-Kolloiden im nahneutralen pH-Bereich

Gewöhnlich wird davon ausgegangen, dass tetravalente Actiniden, An(IV), wegen ihrer Schwerlöslichkeit in natürlichen Wässern immobil sind. Es ist jedoch auch gut bekannt, dass unlösliche Fällungsprodukte mobil sein können, wenn sie als Kolloide auftreten. Für An(IV)-Oxyhydroxide wurde dieses Phänomen umfassend studiert.Hier beschreiben wir einen neuen Typ von An(IV)-Kolloiden. Mit Hilfe von Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS), Ultrafiltration und Ultrazentrifugation wird nachgewiesen, dass Uran(IV) silikathaltige Kolloide bilden kann. Diese U(IV)-Silica-Partikel entstehen in nahneutralen bis leicht alkalischen Lösungen mit Inhaltsstoffen geogener Natur (Carbonat, Silikat, Natriumionen). Unter Luftausschluss bleiben sie über Jahre in wässriger Suspension stabil. Es wurde eine Konzentration von bis zu 10 hoch -3 M an kolloidgetragenem U(IV) beobachtet, was eine deutlich höhere Konzentration als die bisher für den nahneutralen pH-Bereich berichteten Konzentrationen echt gelöster oder kolloidal suspendierter An(IV)-Spezies darstellt. Die vorherrschende Größe der Nanopartikel hängt von der Silikatkonzentration sowie vom pH-Wert ab und liegt unter 20 nm. Mit Laser-Doppler-Velocimetrie wurde gefunden, dass die Partikel durch elektrostatische Abstoßung infolge eines durch das Silikat negativeren Zetapotenzials im wassergetragenen Zustand stabilisiert werden. Messungen mittels Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy zeigten, dass U-O-Si-Bindungen, welche mit steigender Silikatkonzentration die U-O-U-Bindungen des amorphen U(IV)-Oxyhydroxids ersetzen, die innere Struktur der Kolloide bilden. Die Next-neighbor-Koordination des U(IV) ist vergleichbar mit der des Coffinits, USiO4.