Identifizierung der Oberflächenkomplexe von Radionukliden an Mineralphasen – Schwingungsspektroskopische Echtzeitexperimente

Für eine verlässliche Beschreibung des Migrationsverhaltens von Radionukliden in der Umwelt ist unter anderem eine genaue Kenntnis der molekularen Prozesse an Mineraloberflächen in Aquiferen unverzichtbar. Unter den spektroskopischen Methoden, die sich auf diesem Forschungsfeld etabliert haben, hat sich die in situ Infrarotspektroskopie für Untersuchungen von Grenzflächenprozessen gelöster Schwermetallionen an festen Mineralphasen als besonders wertvoll erwiesen, da aus den schwingungsspektroskopischen Daten komplementäre Informationen auf molekularer Ebene erhalten werden. In diesem Vortrag soll ein Überblick über aktuelle Ergebnisse der Sorptionsreaktionen von Uran(VI) und Selen(VI) an Metalloxiden gegeben werden.
Mit Hilfe der in situ IR Spektroskopie lassen sich die Sorptions- und Desorptionsprozesse in Echtzeit unter umweltrelevanten Bedingungen untersuchen und somit können Rückschlüsse über die Art der Oberflächenkomplexe über die Reversibilität der Sorptionsreaktionen gezogen werden. Für das Uran wurde beispielsweise eine signifikant unterschiedliche Oberflächenkomplexierung an verschiedenen eisenhaltigen Mineralphasen beobachtet. Zudem lassen sich die Bildung ternärer Oberflächenkomplexe des Urans mit Carbonat- oder Phosphatliganden beobachten, womit weitere Einblicke in den Ablauf komplexerer Sorptionsprozesse gewonnen werden.
Das Selenatanion (Se^VIO₄ ²⁻) zeigt generell schwache, überwiegend elektrostatische Wechselwirkungen (Physisorption) mit Mineralphasen im neutralen pH Bereich. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Wechselwirkungen, die sog. außersphärische Komplexierung, auf verschiedenen Arten von Oberflächenkomplexen basieren kann. Auf Grund der hohen Selektivität der IR Spektroskopie bezüglich der Molekülsymmetrie, zeigen die Sorptionsexperimente des Se(VI) mit verschiedenen Mineralphasen die Bildung zweier unterschiedlicher Arten außersphärischer Komplexe.