Bildung und Nutzung von amorphem SiO2 (Dissertation)

Description: Die vorliegende Arbeit beinhaltet drei Studien, die sich mit der Bildung und Nutzung von amorphem Siliziumdioxid beschäftigen. Dieses Material ist sowohl in den Geo- als auch in den Materialwissenschaften von großer Bedeutung, da es einerseits natürlich, z.B. in den Schalen von Kieselalgen oder auch als chemisch gefälltes Sediment (u.a. als Feuerstein ), vorkommt, andererseits aufgrund seiner oftmals großen spezifischen Oberfläche und damit hohen Reaktivität künstlich erzeugt und technisch eingesetzt wird, z.B. zur dosierten Freisetzung von Arzneimitteln. Zunächst wurde die Adsorption monomerer und polymerer Kieselsäure an Gibbsit als Funktion des pH-Wertes (3 = pH = 8) und der gelösten Kieselsäurekonzentration (0.34 mmol L-1 = (Si) = 1.47 mmol L-1) untersucht, da die Adsorption eine wichtige Vorstufe der Bildung von amorphen und kristallinen kieselsäurehaltigen Festphasen darstellt. Es wurde festgestellt, dass der relative Anteil adsorbierter Kieselsäure mit zunehmendem pH-Wert (für pH kleiner als 9) und abnehmender initialer Kieselsäurekonzentration steigt. Bei der Adsorption monomerer Kieselsäure wird das leichte Isotop 28Si gegenüber dem schwereren 30Si aufgrund seiner massebedingt höheren Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt fixiert. Die Isotopenfraktionierung ist umso stärker, je höher die initiale Kieselsäurekonzentration ist. Daher kann die Siliziumisotopensignatur von Mineralphasen, die sich durch Adsorptionsprozesse gebildet haben, möglicherweise als Proxy für die Adsorptionsrate verwendet werden. Polymere Kieselsäure wird rascher adsorbiert als monomere Kieselsäure und zerfällt an der Mineraloberfläche und in der Lösung, so dass am Ende der Versuche nur noch monomere Kieselsäure in der Lösung vorliegt. Darauf aufbauend wurde amorphes Siliziumdioxid durch zyklisches Gefrieren wässriger Lösungen ausgefällt. Es wurde gezeigt, dass mehr Silizium aus der Lösung entfernt wird, wenn gelöstes Aluminium oder Germanium oder suspendierter Kaolinit vorhanden sind, während die Zugabe von Natriumchlorid die Ausfällung hemmt. Der Anteil an ausgefällter Kieselsäure erreicht für pH-Werte zwischen 5 und 7 ein Maximum und nimmt im sauren und alkalischen Bereich ab. Die Ausfällung von amorphem Siliziumdioxid wird im sauren Milieu von einer Polymerisation der gelösten Kieselsäure begleitet, insbesondere in Gegenwart von Bor, nicht aber in Gegenwart von Germanium. Eine Fraktionierung der Siliziumisotope erfolgt nur in Gegenwart ausreichender Aluminiumkonzentrationen (Al = 1 mmol L-1) bei Übersättigung bzgl. amorphem Aluminiumhydroxid. In den letzteren Fällen wird 28Si gegenüber 30Si bevorzugt im Festkörper fixiert, was durch eine Adsorption an primär gebildeten Aluminiumhydroxid-Präzipitaten oder eine Kopräzipitation einer Si-Al-O-OH-Phase erklärt werden kann. usw.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Natriumchlorid ? Aluminiumgehalt ? Aluminium ? Aluminiumhydroxid ? Siliziumdioxid ? Arzneimittel ? Bor ? Diatomeen ? Germanium ? Polymer ? Silizium ? Anorganische Siliziumverbindung ? Zusatzstoff ? Gelöste Stoffe ? Adsorption ? Feststoff ? Anorganische Säure ? Studie ? Fraktionierung ? pH-Wert ? Acidität ? Basizität ? Sediment ? Tiefkühlung ? Mineral ? Physikalische Größe ? Reaktionskinetik ? Fällung ? Polymerisation ? Gibbsit ? Isotop ? Amorphes Siliziumdioxid ? Isotopenverhältnis ? Kaolinit ? Kieselsäure ? Konzentrat ? Monomere ?

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Montanuniversität Leoben, Department Umwelt- und Energieverfahrenstechnik, Lehrstuhl Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft (Mitwirkende)
• Technische Universität Graz, Institut für Angewandte Geowissenschaften (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2008-05-01 - 2013-01-22

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Formation and Use of Amorphous Silica (Doctoral Thesis)
  Description: This doctoral thesis includes three distinct studies which deal with the formation and use of amorphous silica. This material is of great importance in both Earth and materials sciences, as it occurs on the one hand naturally, e.g. in the shells of diatoms or as chemically precipitated sediment (e.g. as chert), and is on the other hand synthesised and applied industrially due to its specific reactivity and often large specific surface area, e.g. for a controlled release of medicals. Firstly, the adsorption of monomeric and polymeric silicic acid on gibbsite was investigated as a function of pH (3 = pH = 8) and of the dissolved silica concentration (0.34 mmol L-1 = (Si) = 1.47 mmol L-1). Adsorption is an important step during the formation of amorphous and crystalline silica-containing phases. It was found that the relative percentage of adsorbed silicic acid increases with increasing pH (for pH = 9) and decreasing initial concentration of dissolved silica. During adsorption of monosilicic acid the light isotope 28Si is fixed preferentially versus the heavy isotope 30Si due to its mass-induced higher reactivity. The isotopic fractionation is stronger at higher initial concentration of dissolved silica. Hence the signature of silicon isotopes of mineral phases which have formed by Si adsorption processes might be used as a proxy for the adsorption rate. Polymeric silicic acid is adsorbed faster than monomeric silicic acid and depolymerises on the mineral surface and in the solution. Finally there is only monomeric silicic acid in the solution. Subsequently, amorphous silica was precipitated by cyclic freezing of aqueous solutions. It was shown that more silica is removed from the solution when dissolved aluminium or germanium or suspended kaolinite are present, whereas the presence of sodium chloride inhibits the precipitation. The percentage of precipitated silica reaches a maximum for pH values between 5 and 7 and decreases in the acidic and alkaline range. The precipitation of amorphous silica is accompanied in the acidic range by a polymerisation of dissolved silicic acid, especially in presence of boron, but not in the presence of germanium. A fractionation of silicon isotopes occurs only in the presence of high concentrations of Al, thus at elevated supersaturation with respect to amorphous aluminium hydroxide. In these cases 28Si is fixed preferentially versus 30Si in the precipitates, which can be explained by adsorption of Si onto primarily formed aluminium hydroxide precipitates or coprecipitation of a Si-Al-O-OH solid phase. usw. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1047233

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Aktiv

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