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Titel (primär) Magnetresonanz-Messung von Eisenumsatzprozessen in Sanden: nicht-invasive Charakterisierung von Reaktionsabläufen. Magnetic resonance measurements of iron turn-over in sands: non-invasive characterization of reaction processes
Autor Mitreiter, I.; Oswald, S.E.; Stallmach, F.;
Journal / Serie Grundwasser
Erscheinungsjahr 2011
Department HDG;
Band/Volume 16
Heft 4
Sprache deutsch;
Keywords Nuclear magnetic resonance; Ferric iron; Ferrous iron; Acidification; Redox reaction; Reactive transport modelling
Abstract

In dieser Arbeit wird die magnetische Kernspinresonanz (NMR) als zerstörungsfreies Verfahren eingesetzt, um Umsetzungsprozesse des Eisens zu untersuchen. Im Labor wurden NMR-Relaxationszeitmessungen durchgeführt, über die auf die Verteilung und zeitliche Änderung gelöster Eisenspezies geschlossen werden kann. Diese Umsetzungsprozesse spielen im Grundwasser bei sich ändernden Redox- oder pH-Verhältnissen eine wichtige Rolle. In den untersuchten Proben konnte nicht nur Fe2+ von Fe3+ gleicher Konzentration unterschieden werden, sondern es ließen sich auch quantitativ Änderungen der jeweiligen Eisenkonzentration in Lösung ableiten. Dies wurde benutzt, um Auflösungs-, Ausfällungs- und Redoxprozesse von Fe-Ionen in wässriger Lösung oder in gesättigten natürlichen Sanden zu untersuchen. Die Messungen der Prozesse mit zeitlicher und räumlicher 1D-Auflösung zeigen das Wechselspiel einer Reaktion, die anfangs von Diffusion bestimmt wird, und bei der am Ende dann die effektive Reaktionsgeschwindigkeit der limitierende Parameter ist.

In this study, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), a non-destructive measurement technique, has been applied for investigation of iron turn-over processes. In non-invasive laboratory experiments, iron dissolution and precipitation reactions in saturated natural sands were observed spatially and temporally. These processes play an important role in groundwater with varying redox and pH conditions. Redox reactions turning Fe2+ into Fe3+ and Fe3+ into Fe2+ were detected in aqueous solution by the difference in magnetic relaxation times. Furthermore, the spatial distribution of the iron reduction reaction, the consumption and diffusive transfer to and from the reaction sites, was observed in a 1D set-up with natural sands. The achieved spatial resolution was less than one millimetre while repeating measurements every half an hour. It showed the system changing from diffusion-limited to reaction-limited.

ID 11995
dauerhafte UFZ-Verlinkung https://www.ufz.de/index.php?en=20939&ufzPublicationIdentifier=11995
Mitreiter, I., Oswald, S.E., Stallmach, F. (2011):
Magnetresonanz-Messung von Eisenumsatzprozessen in Sanden: nicht-invasive Charakterisierung von Reaktionsabläufen. Magnetic resonance measurements of iron turn-over in sands: non-invasive characterization of reaction processes
Grundwasser 16 (4), 269 - 278