Huminsäurekomplexe von Lanthaniden und Actiniden
Zur Beurteilung der Langzeitsicherung eines Endlagers für radioaktive Abfälle aus dem nuklearen Brennstoffzyklus, wie es in Gorleben geplant ist, ist das Migrationsverhalten der Actiniden von Bedeutung. Zusätzlich zur Komplexierung mit anorganischen Liganden und zu Adsorptions- und Desorptionsphänomenen an Oberflächen spielt vermutlich die Komplexierung dieser Metalle mit Huminstoffen, die in natürlichen Grundwässern in Konzentrationen von einigen mg/l mitgeführt werden, eine entscheidende Rolle. Huminstoffe sind organische Polyelektrolyte mit uneinheitlichen Strukturen, deren Komplex-bildende Elemente carboxylische und phenolische Gruppen sind.

Strukturvorschlag für einen Huminstoff


Im Arbeitskreis J.V. Kratz/N.Trautmann werden Komplexbildungskonstanten von dreiwertigen (Am,Cm), fünfwertigen (Np) und sechswertigen (U,Pu) Actiniden sowie der dreiwertigen Lanthaniden (La, Sm als Modellsubstanzen) im umweltrelevanten pH-Bereich (5-8) bei mittleren und sehr geringen Metallionenkonzentrationen (10-14-10-4 mol/l) bestimmt.

Die dazu eingesetzten Bestimmungsmethoden sind die kontinuierliche, trägerfreie Durchflusselektrophorese, Anionen- und Kationenaustausch sowie die Ultrafiltration in Verbindung mit radiometrischen Messungen, wie auch direkte Speziationsmethoden (z.B. UV/VIS-Spektroskopie und die zeitaufgelöste laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie TRLFS). Eine einheitliche Beschreibung der Komplexierung von Actiniden mit Huminstoffen unter unterschiedlichen Bedingungen (pH-Wert, Ionenstärke) wird mit dem Konzept der Ladungsneutralisation und der Korrektur für unterschiedliche Beladungsgrade (loading capacity LC) erreicht. Die so ermittelten log bLC-Werte sind Eingangsparameter für Migrationscodes.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgungstechnik (INE) am Forschungszentrum Karlsruhe wurden am Beispiel des Np(V)-Humatkomplexes auch Durchlaufsäulenexperimente im System Grundwasser GoHy-532/Gorleben-Sand durchgeführt, um Aussagen über die Mobilität von Actinid-Huminstoff-Kolloiden zu erhalten. Diese Experimente ergaben Evidenz für eine Reduktion des Np(V) in den vierwertigen Oxidationszustand und eine dadurch bedingte stärkere Humatkomplexierung. Auch Pu(VI) wird in Gegenwart von Humat schnell reduziert, weswegen die höherwertigen Oxidationszustände von Np und Pu bei der Modellierung des Migrationsverhaltens dieser Elemente unberücksichtigt bleiben können.

Offene Fragen existieren bezüglich der Humatkomplexierung des Pu(V) und Pu(IV), wobei letzteres sich wegen seiner starken Tendenz zu Hydrolyse und Kolloidbildung experimentellen Untersuchungen zur Humatkomplexierung bisher weitgehend entzogen hat.

Literatur:

N. Trautmann, S. Pompe, K.H. Heise, G. Bernhard, M. Bubner, H. Nitsche, H.P. Beck, H. Wagner, U. Keuth, M. Schank, A. Mansel, A. Seibert, H. Keller, J.V. Kratz, "Einfluss von Huminstoffen auf das Migrationsverhalten von Schadstoffen", Forschungszentrum Karlsruhe, Wissenschaftliche Berichte FZKA-PTE Nr.5, 147-172 (1998)
A. Mansel, G. Montavon, A. Seibert, R. Artinger, H. Keller, J.I. Kim, J.V. Kratz, C. Marquardt, F. Scherbaum, N. Trautmann, "Complexation Studies of Actinides with Humic Acids at Very Low Metal Concentrations", Final Report, BMBF-Project No.: 02 E 8795 (1999)


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