Kay-Uwe Fehse

Zur Sorption von Zink-Ionen an natürliche und technische Sorbentien unter Berücksichtigung des Feststoff:Lösung-Verhältnisses

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor agriculturarum (Dr. agr.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 13.12.2004

Abstract
Zur Quantifizierung einer möglichen Sorption von Stoffen im Boden werden meist Batch- oder Säulenversuche durchgeführt. Bei Sorptionsversuchen mit natürlichen Sorbentien (z. B. Boden oder Sediment) hat das verwendete Feststoff:Lösung-Verhältnis (M:V), also der Quotient aus der Masse des Feststoffs (M) und dem Volumen der Lösung (V), Einfluss auf das Sorptionsergebnis. Die Ergebnisse von Batchversuchen zeigen, dass die absoluten Feststoffmengen und Lösungsvolumina dabei keine Rolle spielen, sondern nur das Verhältnis aus beiden. Der definitionsgemäße Zusammenhang eq= f(Ceq), wonach einer bestimmten Gleichgewichtskonzentration Ceq genau eine Beladung eq zugeordnet wird, trifft bei Batchversuchen mit natürlichen Sorbentien nicht zu.
Mit einer Division von Ceq durch M:V kann der M:V-Effekt herausgerechnet werden, so dass Sorptionsergebnisse, die mit unterschiedlichen M:V gewonnen wurden, vergleichbar werden. Es besteht dann eine eindeutige Beziehung zwischen der pro Gramm Feststoff sorbierten Stoffmenge und der pro Gramm Feststoff in der Gleichgewichtslösung verbliebenen Stoffmenge.
Auch die Ergebnisse der Säulenversuche zeigen, dass Sorptionsdaten von Säulenversuchen M:V-abhängig sind. Auch hier kann die genannte Korrekturmethode verwendet werden. Damit sind Sorptionsergebnisse von Sorptionsversuchen, die bei unterschiedlichen M:V durchgeführt wurden sowie Sorptionsergebnisse von Batch- und Säulenversuchen miteinander vergleichbar.

Often batch or column experiments are carried out to quantify the potential sorption of pollutants in soils. In batch experiments with natural sorbents (e. g. soil or sediment) the employed soid:solution-ratio (M:V), i. e. the ratio of mass of solid (M) to the volume of solution (V), affects the results.
Batch experiments demonstrated that it is not the amount of sorbent or the volume of solution, but their ratio which matters. This means that the relationship eq = f(Ceq), which assigns exactly one equilibrium concentration Ceq to exactly one amount of solute sorbed per unit mass of sorbent eq, does not hold for batch experiments with natural sorbents.
It was shown that the M:V-effect can be corrected for by dividing Ceq by M / V. Sorption data of batch experiments obtained with different M:V-ratios can then be compared. In this form there is a unique relationship between the amount of solute sorbed per unit mass of sorbent and the amount of solute per unit mass of sorbent, which remains in the equilibrium solution.
Results of column experiments show that the intermediate values in column experiments are M:V-dependent. To account for the M:V-effect the same method could be used as in the batch experiments, i. e. dividing the equilibrium concentration leaving the column by the M:V-ratio used. So results of sorption experiments obtained with different M:V-ratios and results of batch and column experiments can be compared.

Keywords:
Sorption, Batchversuch, Säulenversuch, Feststoff:Lösung-Verhältnis, Vergleich

sorption, batch experiment, column experiment, solid:solution-ratio, comparison

Online-Dokument im PDF-Format (938 KB) mit integrierter Gliederung.

Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Zusammenfassung, Summary, Abkürzungen und Symbole, Abbildungs-, Tabellenverzeichnis (i-xxiii)
1 Einführung und Aufgabenstellung (1-4)
2 Sorption (5-17)
3 Material und Methoden (18-28)
4 Batchversuche (29-52)
5 Säulenversuche (53-77)
6 Vergleich von Sorptionsdaten aus Batch- und Säulenversuchen (78-86)
7 Abschließende Diskussion (87-92)
8 Literaturverzeichnis (93-100)
Anhang (101-134)
Veröffentlichungen (138)