Kationenaustauschkapazität

Kationenaustauschkapazität (KAK)

Bestimmung von Sorptionskapazitäten und Quellvermögen spezieller Tonminerale

Die Kationenaustauschkapazität (KAK) ist eine wissenschaftliche Kenngröße, welche zur Bestimmung besonderer Eigenschaften tonhaltiger Proben wie der Sorptionskapazität oder dem Quellvermögen dient. Das von uns verwendete analytische Verfahren beruht auf dem Prinzip des Austauschs der Zwischenschichtkationen von Tonmineralen mit dem Cu-Triethylenetetramine Komplex ("Cu-trien"). Photometrische Analysen der ausgetauschten Suspension aus Cu-trien Lösung und Probenpulver ermöglichen die Quantifizierung der ausgetauschten Molmenge an Cu-trien Molekülen. Um die höchst mögliche Datenqualität für unsere Kunden zu gewährleisten fließen in unsere Auswertung standardisiert pH-Wert Korrekturen ein. Dank dieser Korrekturen können probenspezifische Beeinflussungen auf die KAK maximal reduziert werden.

Abbildung 1: Korrelation zwischen der Kationenaustauschkapazität (KAK) in "mmol/g" und dem gesamten Tonmineralanteil einer Serie von Sedimentproben in "g/g". In dieser Abbildung kann man die lineare Beziehung zwischen KAK und dem Tonmineralanteil unter neutralen pH Bedingungen erkennen (rote Linie). Zudem ist in dieser Abbildung der Effekt von niedrigeren pH Werten bei der Messung von KAKs veranschaulicht, was zu deutlich unterschätzten KAK Werten führt (schwarz gestrichelte Linie). Die Ursache für diesen Effekt ist die Protonierung durch H+ Ionen der negativ geladenen Tonmineraloberflächen. Aus diesem Grund führen wir für alle KAK Messungen stets eine pH Korrektur der Messwerte durch.

Anwendungen

Die Kationenaustauschkapazität wird als wissenschaftlicher Parameter in vielen Bereichen verwendet:
  • Bestimmung der Smektitgehalte bei der Qualitätssicherung im Tonbergbau
  • Zur Beurteilung von Schadensfällen an Gebäuden bedingt durch den Bauuntergrund
  • Einschätzung des Schädigungspotenzials von tonhaltigen Gesteinsformationen
  • Als Korrekturfaktor für elektrische Bohrlochdatenaufzeichnungen in der Erdöl- & Erdgasindustrie
  • Charakterisierung von Spezialtonrohstoffen für Deponien und nukleare Endlagerung
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