Kolloidale Aktivkohle

"Lösliche" Aktivkohle  Fotos: R.Köhler / UFZ

Aktivkohle ist das meist verwendete Sorptionsmittel in der Umwelttechnik. Sie hat aber für die in-situ-Anwendung einen entscheidenden Nachteil: Sie ist nicht löslich! Ziel unserer Untersuchungen ist es, ein Verfahrenskonzept zu entwickeln, das es erlaubt, kolloidale Aktivkohle feinverteilt und annähernd homogen in kontaminierte Aquifer zu injizieren, über eine Zone von einigen Metern Länge zu verteilen und im Aquifersediment im Grundwasserstrom zu immobilisieren. Grundlage dafür sind Kenntnisse über das Transportverhalten von Aktivkohlekolloiden im Aquifer und geeignete Ansätze, dieses modellhaft zu beschreiben.
Der innovative Gedanke des Projektes liegt darin, Aktivkohle in feinstkörniger, kolloidaler Form einzusetzen. Der Aktivkohle wird dadurch eine neue Eigenschaft verliehen: Sie wird in Wasser "quasi löslich". Aus der Literatur ist bekannt, dass die Mobilität von Kolloiden im Aquifer von der Partikelgröße und -dichte, den Netto-Oberflächenladungen des Kolloids und der Mineralkorn-Oberfläche, dem pH-Wert und der Ionenstärke des Grundwassers sowie dessen Fließgeschwindigkeit abhängig ist. Die experimentellen Ergebnisse aus Säulenversuchen zeigen, dass native Aktivkohle-Kolloide nur dann eine ausreichende Mobilität aufweisen, wenn das Fließmittel eine niedrige Ionenstärke und alkalische pH-Werte aufweist. Für eine technische Umsetzung sind derartig hohe pH-Werte jedoch nicht relevant. Um eine Mobilitätserhöhung für die AK-Kolloide auch im Neutralbereich zu erreichen, wurden verschiedene Ansätze verfolgt:

1) oxidative Funktionalisierung der AK-Oberfläche
2) Imprägnierung der AK mit anionischen Tensiden oder polyanionischen Verbindungen sowie
3)
Beladung der AK mit kohlestämmigen Huminstoffen

Durch alle drei Methoden konnte eine hohe Mobilität der vorbehandelten AK bei neutralen pH-Werten erzielt werden. Als optimale Methode ist die Beladung der AK mit Huminstoffen einzuschätzen. Im Gegensatz zur oxidativen Vorbehandlung wird die Sorptionskapazität der AK durch die Impägnierungsverfahren nur geringfügig verändert. Gegenüber anionischen Tensiden besitzen Huminstoffe außerdem den Vorteil, dass sie natürliche, nicht toxische Zusatzstoffe darstellen und damit für einen praktischen Einsatz besser geeignet sind.