Synthetische Huminsäuren und ihre Anwendung zur Untersuchung des Radionuklidtransports in der Umwelt

Die realitätsnahe Beschreibung der Wechselwirkung von Actiniden mit Huminsäuren sowie des Migrationsverhaltens von Actiniden in Gegenwart von Huminsäuren ist unerläßlich für zuverlässige Prognosen zur Ausbreitung von Actiniden in natürlichen Aquifersystemen. Da natürliche Huminsäuren jedoch in Abhängigkeit von ihrer Herkunft unterschiedliche strukturelle und funktionelle Eigenschaften zeigen, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Beschreibung ihres chemischen Verhaltens. Zur Erlangung detaillierterer Kenntnisse über die Wechselwirkung von Huminsäuren mit Actiniden wurden verschiedenartige Huminsäuremodellverbindungen mit definierten chemischen Eigenschaften entsprechend dem Melanoidinkonzept entwickelt und hinsichtlich ihrer Eignung als Funktionalitätsmodelle für Huminsäuren untersucht [1]. Darüber hinaus wurden Verfahren zur Synthese von 14C-markierten Huminsäuren mit stabiler Markierung des Molekülgerüsts entwickelt [2], die aufgrund ihrer sehr empfindlichen Nachweisbarkeit in niedrigen Konzentrationsbereichen in Migrationsexperimenten, z. B. zur Untersuchung kinetischer Prozesse [3], einsetzbar sind.
Die vorliegende Arbeit demonstriert am Beispiel der synthetischen Huminsäure vom Typ M42, die mit natürlichen Huminsäuren vergleichbare Carboxylgruppenzahlen hat, die Synthese, die 14C-Markierung und die Modifizierung der Huminsäurefunktionalität als auch deren Einsatz in Komplexierungs- und Sorptionsexperimenten. Die unter Verwendung dieser Huminsäure erzielten Ergebnisse zur Untersuchung der Wechselwirkung von Huminsäuren mit Neptunium(V) werden vorgestellt. Dazu gehören auch Untersuchungen zum Einfluß phenolischer und anderer acider Gruppen auf das Komplexbildungsverhalten von Huminsäuren gegenüber Neptunium(V) im neutralen pH-Bereich. Der Vorteil der Radiotracertechnik durch Einsatz der 14C-markierten Huminsäure vom Typ M42 in Sorptionsexperimenten wird am Beispiel der Neptunium-Sorption an Granit in Gegenwart von Huminsäuren gezeigt.
Erste Ergebnisse zur Synthese von Huminsäuren mit ausgeprägt reduzierenden Eigenschaften werden dargestellt. Diese sollen zur Untersuchung von Redoxvorgängen bei der Wechselwirkung von Huminsäuren mit Actinidionen Einsatz finden.

[1] Pompe, S., Bubner, M., Schmeide, K., Heise, K.H., Bernhard, G., Nitsche, H.: Influence of Humic Acids on the Migration Behavior of Radioactive and Non-Radioactive Substances under Conditions Close to Nature. Synthesis, Radiometric Determination of Functional Groups, Complexation. Report FZR-290, Rossendorf 2000.
[2] Bubner, M., Pompe, S., Meyer, M., Heise, K.H., Nitsche, H.: Isotopically Labelled Humic Acids for Heavy Metal Complexation. J. Labelled Cpd. Radiopharm. XLI, 1057 (1998).
[3] Schmeide, K., Brendler, V., Pompe, S., Bubner, M., Heise, K.H., Bernhard, G.: Kinetic Studies of the Uranium(VI) and Humic Acid Sorption onto Phyllite, Ferrihydrite and Muscovite. In: Report FZKA 6524 (G. Buckau, ed.), Karlsruhe 2000, S. 149-169.