TY - THES A1 - Seiffarth, Torsten T1 - Sorptionsverhalten von Cu2+ und NH4+ an Bentoniten unter Berücksichtigung von Nebengemengteilen sowie Strukturänderungen nach moderater Wärmebehandlung N2 - Bentonite sind quellfähige Tone, die häufig in der Umwelttechnik (in Abdichtungsbauwerken oder in der Bodensanierung) eingesetzt werden. Ziel der Arbeit war die Klärung, wie eine unterschiedliche Kationenbelegung mit Cu2+ und NH4+ die Eigenschaften der Bentonite bei Raumtemperatur und nach moderater Wärmebehandlung (300 – 450°C) beeinflusst. Im Blickpunkt stand insbesondere die gleichzeitige Präsenz von Kupfer- und Ammoniumionen, die als Vertreter für häufig auftretende Inhaltsstoffe von Wässern in der Umgebung von technischen Bentoniten ausgewählt wurden. Die Untersuchungen zur Cu2+-Sorption bei Raumtemperatur und nach moderater Wärmebehandlung (300 – 450°C) erfolgten an Pulverproben von zwei technischen Bentoniten, die sich in der ursprünglichen Kationenbelegung, Art und Anteil an Nebengemengteilen, sowie der Schichtladungsverteilung in den Montmorilloniten unterscheiden. Vor der Wärmebehandlung wurden die Bentonite durch Kontakt mit verschieden konzentrierten Kupfer- und Ammoniumlösungen mit unterschiedlichen Gehalten der Kationen Cu2+, NH4+, Na+, Ca2+, Mg2+ belegt. Der Eintrag von Kupferionen in die Bentonite durch Kationenaustausch bei Raumtemperatur wurde erwartungsgemäß durch präsente Nebengemengteile (wie Carbonat) beeinflusst, so dass die Kupferionen zusätzlich spezifisch adsorbiert und in festen Phasen angereichert wurden. Die Cu2+-Fixierung infolge der Wärmebehandlung wurde vom Cu2+-Totalgehalt in den Bentoniten, der Präsenz von Nebengemengteilen und die Schichtladungsverteilung in den Montmorilloniten beeinflusst. Es waren generell Behandlungstemperaturen von > 400°C erforderlich, um Cu2+-Fixierungsraten von > 95% zu erzielen. Waren während der Wärmebehandlung neben Cu2+-Ionen gleichzeitig NH4+-Ionen in den Bentoniten präsent, konnte die Cu2+-Fixierungstemperatur herabgesetzt werden. Die Deammonisierung (NH4+ --> NH3 + H+) der NH4+-belegten Bentonite fand größtenteils unterhalb der Dehydroxylierungstemperatur der Bentonite statt. Durch Untersuchungen (XRD, FTIR, NMR, ESR) zum Mechanismus der Cu2+-Einbindung in die Bentonite an speziell aufbereiteten Proben (carbonatfrei, < 2 µm) konnte nachgewiesen werden, dass in den Cu2+-belegten Montmorilloniten die Cu2+-Ionen infolge der Wärmebehandlung nicht bis in die Oktaederschicht der Tonminerale vordringen, sondern nur bis in die Tetraederschicht wandern. In den NH4+-belegten Montmorilloniten treten im Zusammenhang mit der Deammonisierung keine zusätzlichen Strukturänderungen (wie Auflösung der Oktaederschicht) infolge der Wärmebehandlung auf. KW - Bentonit KW - Montmorillonite KW - Kupfersilicate KW - Sorption KW - Wärmebehandlung KW - Kupferfixierung KW - Deammonisierung KW - Kationenaustausch KW - Ammonium-Ton KW - Mikrostruktur Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20130718-19791 ER - TY - JOUR A1 - Lorek, Andreas A1 - Wagner, Norman T1 - Supercooled interfacial water in fine grained soils probed by dielectric spectroscopy JF - Cryosphere N2 - Water substantially affects nearly all physical, chemical and biological processes on the Earth. Recent Mars observations as well as laboratory investigations suggest that water is a key factor of current physical and chemical processes on the Martian surface, e.g. rheological phenomena. Therefore it is of particular interest to get information about the liquid-like state of water on Martian analogue soils for temperatures below 0 °C. To this end, a parallel plate capacitor has been developed to obtain isothermal dielectric spectra of fine-grained soils in the frequency range from 10 Hz to 1.1 MHz at Martian-like temperatures down to −70 °C. Two Martian analogue soils have been investigated: a Ca-bentonite (specific surface of 237 m2 g−1, up to 9.4% w / w gravimetric water content) and JSC Mars 1, a volcanic ash (specific surface of 146 m2 g−1, up to 7.4% w / w). Three soil-specific relaxation processes are observed in the investigated frequency–temperature range: two weak high-frequency processes (bound or hydrated water as well as ice) and a strong low-frequency process due to counter-ion relaxation and the Maxwell–Wagner effect. To characterize the dielectric relaxation behaviour, a generalized fractional dielectric relaxation model was applied assuming three active relaxation processes with relaxation time of the ith process modelled with an Eyring equation. The real part of effective complex soil permittivity at 350 kHz was used to determine ice and liquid-like water content by means of the Birchak or CRIM equation. There are evidence that bentonite down to −70 °C has a liquid-like water content of 1.17 monolayers and JSC Mars 1 a liquid-like water content of 1.96 monolayers. KW - Grundwasser KW - Eis KW - Impedanzspektroskopie KW - Boden KW - dielectric spectroscopy KW - planetary research KW - Soil Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20170516-31840 UR - http://www.the-cryosphere.net/7/1839/2013/tc-7-1839-2013.html SP - 1839 EP - 1855 ER -