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Diffusion and advection with sorption of anions, cations and non-polar molecules in organo-clays at varying thermo-chemical conditions validation by analytical methods and molecular simulation

Leitung:Dr. B. Schampera, PD Dr. S. Dultz
Laufzeit:2012-2015
Förderung durch:D-A-C-H (grenzüberschreitende Förderung), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Fond für wissenschaftliche Förderung (Österreich, FWF)

Das primäre Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der grundlegenden Prinzipien von Sorptionsprozessen und Sorptionsstabilität von langlebigen anionischen Radionukliden, Kationen und nicht-polaren Molekülen in organisch modifizierten Tonen mit Hilfe von Diffusionsexperimenten und Molekularsimulationen. In aquatischen Systemen existieren langlebige Radionuklide wie beispielsweise 79Se, 99Tc und 129I in anionischer Form. In geotechnischen Multibarrieren von geplanten Endlagern für hochradioaktive Abfälle besteht die dringende Notwendigkeit, ein Material mit verbesserten Sorptionskapazitäten für diesen Typ von Schadstoffen zu finden. Eine spezifische Anforderunge an das Barrierematerial ist neben der vielfältigen Sorption von Ionen die langfristige Stabilität unter den erwarteten Umweltbedingungen, wie beispielsweise Temperaturen über 100°C und das Vorhandensein von hydrostatischem Druck. Organotone sind in der Lage, Kationen, Anionen und nicht-polare Moleküle gleichzeitig zu sorbieren. Die Zielsetzung des Projekts ist, Sorptionsprozesse in Organotonen besser zu verstehen. Darüber hinaus wird die Änderung von Materialeigenschaften unter verschiedenen chemischen und thermischen Bedingungen bestimmt. Zu diesem Zweck werden Diffusions- und Advektions-Experimente mit Hilfe einer neu konstruierten Messzelle durchgeführt, in welcher Druck und Temperatur steuerbar sind. Veränderungen betreffend Sorption und Diffusion werden durch die Anwendung verschiedener experimenteller Verfahren bestimmt (z.B. FTIR-Spektroskopie, PCD-Analyse, Kontaktwinkel). Molekularsimulationen an Modellen von Organoton-Strukturen werden mit dem Ziel durchgeführt, die experimentellen Ergebnisse zu verstehen und zu analysieren. Molekularsimulationen sind ein wichtiges Werkzeug für die Validierung und Interpretation der erzielten Ergebnisse, für die Charakterisierung der Struktur und des diffusiven Transportes in den Organotonen auf der molekularen Ebene. Basierend auf den Ergebnissen der Simulationen sollen die bisherigen Modelle der Struktur von Organotonen verbessert werden.

 

Kooperation: Uni. Doz. Dr. D. Tunega, Dr. R. Solc (Institute for Soil Research, BOKU University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna)

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