Stabile Isotope (C, N) zur Herkunftsbestimmung von Cyaniden in belasteten Böden

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Lennart Mann
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H2O Geographisches Institut; Arbeitsgruppe Bodenkunde und Bodenökologie 2) Institut

1 Stabile Isotope (C, N) zur Herkunftsbestimmung von Cyaniden in belasteten Böden Jenny Weihmann1) Tim Mansfeldt1), Ulrike Schulte2) Fe4[Fe(CN)6]3 K2Zn3[Fe(CN)6]2 9 H2O Geographisches Institut; Arbeitsgruppe Bodenkunde und Bodenökologie 2) Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik; Lehrstuhl für Sediment- und Isotopengeologie 1)

2 Problemstellung Eintrag von Cyaniden aus Industrierückständen in den Boden - Kokerei - Eisenverhüttung - Papierrecycling - Galvanikindustrie - Goldbergbau komplexierte Form: [Fe(CN) 6 ] 4- - schwer in H 2 O löslich Auswaschung komplexierter Cyanide ins Grundwasser Verursacher? - durch herkömmlicher chemisch-physikalische Methoden nicht bestimmbar 2

3 Gewinnung von Cu 2 [Fe(CN) 6 ] 7H 2 O Böden Grundwasser Destillation Extraktion Anreicherung HCN [Fe(CN) 6 ] 4- [Fe(CN) 6 ] 4- Komplexierung mit Fe 2+ Zugabe von Cu 2+ Fällung durch Senken des ph-wertes Cu 2 [Fe(CN) 6 ] 7 H 2 O Filtrieren Waschen Gefriertrocknen 3

4 Theorie Voraussetzungen an das Produkt - leicht und schnell darstellbar - schwer in H 2 O löslich - frei von Verunreinigungen - bekannte Zusammensetzung H 2 O-Gehalt Literatur - Wassergehalt 2 Ayers & Waggoner; J. Inorg. Nucl. Chem. (1971) 33, Kuznetsov et al.; Russ. J. Inorg. Chem. (197), 15, und Landold & Brönstein; Zahlenwerte und Funktionen; III/7c Darstellung des gewünschten Produktes - aus K 4 [Fe(CN) 6 ] 3 H 2 O und CuCl 2 - aus KCN, FeCl 2 und CuCl 2 4

5 Analytische Bestimmung I Röntgenbeugung (XRD) XRD-Spektrum von Cu 2 [Fe(CN) 6 ] 7 H 2 O 6 - stimmt mit den Werten aus der Literatur überein cps konnte auch mittels Elementanalyse bestätigt werden theta (Cu) 5

6 Analytische Bestimmung II Wassergehalt durch DTA / TG und Elementanalyse Temperatur-DTA/TG von Cu 2 [Fe(CN) 6 ] Einwaage: 39,9 mg 4 4 Elementbestimmung* DTA / TG* 6,88 6,57 m in mg -4-4 U in µv 6,67 6,96 * in mol H 2 O / mol Verbindung T in C Doppelbestimmung - 7 H 2 O pro Mol Komplex 6

7 Ergebnisse I Untersuchung verschiedener Feststoffproben durch Extraktion und Destillation Herkunft Standards (STD): Tiefe [m] - K 4 [Fe(CN) 6 ] 3 H 2 O Herne - K 2 Zn 3 [Fe(CN) ab 6 ],5 2 9 H 2 O - Fe 4 [Fe(CN) 6 ] Herne 8 3 8,7 Gichtgasschlämme Nancy,7,85 (GGS): - Herne Radlin - Nancy-Frankreich Oberboden CN T [mg/kg] ph-wert 8,1 8,2 8,3 3,5 Radlin Oberboden Gasreinigungsmassen (GRM): Dortmund - Radlin-Polen Oberboden - Dortmund Nancy bl. Brocken - Nancy-Frankreich ,1 2,2 2,2 7

8 Ergebnisse II Isotopenmessungen - Kohlenstoff - Standards δ 13 C in Cu 2 [Fe(CN) 6 ] 7 H 2 O / Ausbeute in % -4 K 4 [Fe(CN) 6 ] K 2 Zn 3 [Fe(CN) 6 ] 2 Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Standard unbehandelt Standard-Extrakt Standard-Destillation Ausbeute 8

9 Ergebnisse III Isotopenmessungen - Kohlenstoff - GGS δ 13 C in Cu 2 [Fe(CN) 6] 7 H 2 O / Ausbeute in % Herne Herne Nancy Extraktion Destillation Ausbeute 9

10 Ergebnisse IV Isotopenmessungen - Kohlenstoff - GRM 6 δ 13 C in Cu 2 [Fe(CN) 6 ] 7H 2 O / Ausbeute in % -4 Radlin Radlin Dortmund Nancy Extraktion Destillation Ausbeute 1

11 Ergebnisse V Messung des Kohlenstoffgehaltes c C in mg/g Fazit: Destillation besser als Extraktion 4 2 GRM GGS C-Gesamt C-Cyanid 11

12 Ergebnisse VI Isotopenmessungen GGS Fazit: Herkunft der Proben über C eindeutig bestimmbar δ 15 N in 6 4 GRM Keine eindeutigen Unterschiede beim N Für Proben mit hohem organischen C-Gehalt ist Destillation erforderlich δ 13 C in GGS-E GGS-D GRM-E GRM-D 12

13 Ergebnisse VII Untersuchung verschiedener Feststoff- und Grundwasserproben Gichtgasschlämme (GGS): - 11 x Herne, Deponie Schalker Verein Gasreinigungsmassen (GRM): - 1 x Herne, Kokerei Mont Cenis - 1 x Remscheid - Lüttinghausen Grundwasser: - 2 x Herne, Kokerei Mont Cenis - 3 x Herne, Deponie Schalker Verein 13

14 Ergebnisse VIII Isotopenmessungen 12 1 GGS 8 δ 15 N in GRM δ 13 C in GGS GRM GW Feststoffproben 14

15 Zusammenfassung durch störende Inhaltsstoffe ist folgende Methode besser geeignet: - GGS: Extraktion - GRM: Destillation C-Isotope signifikante Unterschiede zwischen GGS und GRM - GGS: GRM: N-Isotope kein geeigneter Tracer Isotopensignatur im Grundwasser bleibt erhalten Verursacher ist bestimmbar 15

16 Dank an: DFG für die Finanzierung des Projektes Willi Gosda für die Aufbereitung und Anreicherung der Grundwasserproben 16

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