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Abiotische frühdiagenetische Redoxprozesse mit Eisen

Pracht, Jens

English Title: Abiotic early diagenetic redox processes involving iron

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PDF, German
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Abstract

Die Untersuchung von Redoxprozessen mit dem Element Eisen als ein wichtiges Element in natürlichen Systemen steht in dieser Arbeit im Vordergrund und schafft einen Rahmen, in dem sowohl die Darstellung von Laborversuchen als auch von limnischen Systemen Platz finden. Das Kapitel 'Abiotische Mineralisierung phenolischer Substanzen mit Eisen(III)' zeigt, daß Redoxreaktionen zwischen Fe(III) und organischem Material zur vollständigen Oxidation bzw. Mineralisation der organischen Substanz in Böden und Sedimenten führen können. Die Katalyse durch Sonnenlicht oder Mikroorganismen ist hierfür nicht notwendig. Anhand verschiedener monomerer Einheiten von Huminstoffen wie Catechol, Guaiacol, Hydrochinon und Resorcin wurden Redoxprozesse mit Eisen(III) untersucht. Mit Ausnahme von Resorcin kann für alle angesetzen Substanzen eine Eisenreduktion festgestellt werden. Bei den Verbindungen Catechol und Guaiacol kann der Einfluß von Eisen(III) den vollständigen Abbau der Moleküle bewirken und zur Bildung von CO2 führen. Das entscheidende Kriterium, ob eine Oxidation erfolgt oder nicht, ist dabei die Position der Hydroxy-Gruppen. Die ortho-Stellung erlaubt eine Spaltung der Ringstruktur, die para-Stellung lässt nur eine partielle Oxidation zu, die meta-Stellung der Hydroxy-Gruppen schließlich verhindert jegliche Redoxreaktionen mit Eisen(III). Im Kapitel 'Halogenorganische Verbindungen' wurde die Freisetzung von halogenierten organischen Verbindungen bei abiotischen Redoxprozessen zwischen Eisen und organischer Substanz untersucht. Hierfür wurden kontrollierte Laborversuche mit Catechol und Eisen(III) durchgeführt. In Gegenwart von Chlorid konnte die Entstehung einer Vielzahl volatiler halogenorganischer Komponenten nachgewiesen werden, z.B. Chlormethan, Chlorethan, Dichlormethan, Chlorpropan und Chloroform. Diese Verbindungen konnten auch in Versuchen mit kommerzieller Huminsäure und natürlichen Bodenproben nachgewiesen werden. Mit dem Kapitel ...

Translation of abstract (English)

The experiments shown in this thesis contribute to the understanding of the redox cycles of iron in soils, waters and sediments. The objectives include laboratory studies as well as field investigations and are described in 4 separate chapters. A short abstract of each chapter is given below. Abiotic mineralisation of phenolic substances The redox process involving iron(III) (in dissolved form and as the mineral phase ferrihydrite) and phenolic substances has been examined. We have investigated the relationship between structure and reactivity for the dihydrobenzene reductants catechol, hydroquinone and resorcine, and for the 2-methoxyphenol (guaiacol) with iron(III), by determining the rate of the Fe(III) reduction as well as the production of CO2. This work demonstrates that catechol and guaiacol will be effectively oxidized to CO2 by reducing iron(III). Hydroquinone shows a reduction in iron(III), but no accompayning mineralization could be determined. In contrast, resorcine showed no reaction with Fe(III). The deciding factor wether or not mineralization occurs is controlled by the position of the hydroxy groups. It is shown that phenolic substances with two hydroxy groups in the ortho position or at least one hydroxy group and a methoxy group can be oxidized to CO2 while iron (III) is reduced. Halogenated organic compounds In this chapter, a new natural source of volatile halogenated organic compounds as a reaction product between reactive organic matter (catechol, humic substances) and an electron acceptor such as Fe(III) is shown. It is considered that an abiotic reaction mechanism should exist in soils that forms alkyl halides such as chloromethane, chlorothane, dichloroethane, 1-chloropropane, 2-chloropropane and trichloromethane. During this processes, halides are methylated, and the methyl halides formed represent degradation products of oxidized organic matter. Ethoxylated and propoxylated phenolic structures could be responsible for the occu

Item Type: Dissertation
Supervisor: Isenbeck- Schröter, Prof. Margot,
Date of thesis defense: 26 April 2001
Date Deposited: 14 May 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institut für Geowissenschaften
Subjects: 550 Earth sciences
Controlled Keywords: Eisen, Frühdiagenese, Phenole, Iodkohlenwasserstoffe
Uncontrolled Keywords: Redoxprozesse , IodmethanRedox processes , Iron , Iodomethane , phenolic substance
Additional Information: Teile in: Keppler, F., Eiden, R., Niedan, V., Pracht, J., Schoeler, H.F., 2000. Halocarbons produced by natural oxidation processes during degradation of organic substances. Nature, 403, 298- 301. Pracht, J., Boenigk, J., Isenbeck- Schröter, M., Keppler, F., Schöler, H.F., 2001. Abiotic Fe(III) induced min
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