Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η κατανόηση του μηχανισμού ρόφησης του φαινανθρενίου σε δείγματα γαιανθράκων και των αντίστοιχων χουμικών τους οξέων και η διερεύνηση της καταλληλότητας τους ως ροφητικών υλικών για την απορρύπανση ποτάμιων και λιμναίων συστημάτων, στα οποία υπάρχει πρόβλημα ρύπανσης από πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού μελετήθηκαν τέσσερα δείγματα λιγνίτη και δύο δείγματα τύρφης και τα αντίστοιχα δείγματα των χουμικών οξέων. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την απομόνωση των χουμικών οξέων βασίστηκε στην τροποποιημένη μεθοδολογία, που προτείνεται από την IHSS (International Humic Substances Society). Για τη μελέτη της ρόφησης φαινανθρενίου κατασκευάστηκαν οι ισόθερμες καμπύλες ρόφησης, ύστερα από την πραγματοποίηση πειραμάτων ρόφησης με συγκεντρώσεις φαινανθρενίου σε υδατικά διαλύματα 30, 50, 100, 300 και 500 μg/l. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ρόφηση στα περισσότερα δείγματα των χουμικών οξέων είναι μεγαλύτερη από ό,τι στα αντίστοιχα δείγματα των μητρικών τους γαιανθράκων. Επίσης στα δείγματα των γαιανθράκων παρατηρείται μεγαλύτερη ρόφηση στις χαμηλές συγκεντρώσεις φαινανθρενίου από ό,τι στις υψηλές, με αποτέλεσμα η ρόφηση να μην είναι γραμμική. Σχετικά με τη χρήση τους ως ροφητικά υλικά για απορρύπανση για δυο δείγματα λιγνίτη προτείνεται η χημική τους επεξεργασία, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν ως ροφητικά υλικά, ενώ για τα υπόλοιπα δείγματα η διαφορά στη ροφητική ικανότητα μεταξύ των μητρικών γαιανθράκων και των παραγόμενων χουμικών οξέων δεν είναι τόσο σημαντική, με αποτέλεσμα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας το μητρικό υλικό / The scope of this study is the determination of the phenanthrene sorption mechanism for some Greek lignite and peat samples, as well as for their extracted humic acids. The scope is to assess their suitability for application in remediation of fresh water environments from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) For the extraction of the humic acids, the methodology provided by the IHHS (International Humic Substances Society) with some alterations, was applied. The sorption experiments were conducted by mixing 0,004 g of the sorbent within water solutions of phenanthrene at different concentrations of 30, 50, 100, 300 and 500 μg/l. The results show that phenanthrene sorption is higher in the humic acid samples rather than in the original lignite and peat. The original samples display higher sorption at low phenanthere concentration solutions (30 μg/l) than at the denser phenanthrene concentration solution (500 μg/l). Thus, the sorption in these samples is non-linear. In order to use these materials as sorbents, the TH4 and MT6 samples might have to be treated, because sorption is higher in the humic acid fraction than in the source material. The rest of the samples display lower variation in the sorption capacity between the humic acid samples and the original samples, thus there is no need for chemical treatment.

Στην παρούσα διατριβή διερευνώνται οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο τυρφογενές στρώμα, έτσι ώστε να ανιχνευθούν οι μεταβολές των φυσικών, πετρογραφικών και χημικών χαρακτηριστικών των οργανικών ιζημάτων συναρτήσει των παραμέτρων τυρφογένεσης, όπως το κλίμα και οι τοπικές γεωλογικές συνθήκες. Απώτερο στόχο συνιστά η μοντελοποίηση παλαιοπεριβαλλόντων γένεσης των γαιανθράκων. Τέλος αξιολογείται η συμπεριφορά των ορυκτών, η γεωχημική συγγένεια και η κινητικότητα των ιχνοστοιχείων σε ενδεχόμενη αξιοποίηση της τύρφης για ενεργειακούς σκοπούς. Η έρευνα εστιάστηκε στους τυρφώνες Φιλίππων (Ν. Καβάλας) και Νησιού (Ν. Πέλλας) στη Βόρεια Ελλάδα και στον παράκτιο τυρφώνα του Κεριού (Ν. Ζακύνθου). Εξετάστηκαν τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των οργανικών και ανοργάνων ιζημάτων που πληρούν τους τυρφώνες, αλλά και τα αντίστοιχα τυρφογενετικά φυτικά είδη, που αναπτύσσονται στους ενεργούς τυρφώνες Νησιού και Κεριού. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν προσεγγιστική και στοιχειακή ανάλυση, ορυκτολογικοί προσδιορισμοί, εξέταση στιλπνών τομών με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, αναλύσεις τόσο της ανόργανης χημικής σύστασης (XRF, ICP/OES, ICP/MS), όσο και της οργανικής χημικής σύστασης (13C CP/MAS NMR, FTIR, py-GC/MS), όπως επίσης και ανθρακοπετρογραφικοί προσδιορισμοί. Αναφορικά με τους ορυκτολογικούς προσδιορισμούς εφαρμόστηκε μέθοδος πλήρους ποσοτικοποίησης των ορυκτών φάσεων με εφαρμογή περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ σε ξηρό δείγμα, συνυπολογίζοντας την επίδραση του οργανικού υλικού. Αξιολογήθηκε επίσης η εφαρμογή περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ σε υπολείμματα οξείδωσης της τύρφης. Οι τυρφώνες Φιλίππων και Νησιού συνιστούν παρόμοια περιβάλλοντα τυρφογένεσης, καθώς και οι δύο αναπτύσσονται σε ενδοηπειρωτικές λεκάνες, των οποίων η βύθιση ελέγχεται κυρίως από τεκτονικούς παράγοντες, με την ανάπτυξη παρόμοιων τυρφογενετικών φυτικών ειδών, όπως Cyperaceae και ειδικότερα το ασβεστόφιλο Cladium mariscus και διάφορα Carex spp., ενώ επηρεάζονται στη σύγχρονη εξέλιξή τους τουλάχιστον και οι δύο από καρστικούς υδροφόρους, συνιστώντας τοπογενείς ποωτυρφώνες, με κύριο μορφολογικό χαρακτηριστικό την παρουσία εξάρσεων (hummocks). Αντίθετα στο Κερί η τυρφογένεση αναπτύχθηκε σε παράκτιο περιβάλλον με τη βύθιση (δηλ. το πλημμύρισμα) να ελέγχεται τόσο από τεκτονικούς παράγοντες, όσο και από τις ευστατικές κινήσεις της θάλασσας, και το πεδίο χαρακτηρίζεται ως υφάλμυρος ποωτυρφώνας. Στο Κερί πέρα από ελόφυτα γλυκών νερών, αναπτύσσονται και είδη υφάλμυρων οικολογικών συνθηκών, όπως Scirpus maritimus και Juncus maritimus, λόγω της υφαλμύρινσης του υδροφόρου ορίζοντα. Με βάση τα χαρακτηριστικά τυρφογένεσης στους τρεις τυρφώνες τροποποιήθηκαν οι δείκτες φάσεων, που χρησιμοποιούνται στη γεωλογία γαιανθράκων, έτσι ώστε να αντανακλούν καλύτερα τις συγγενετικές διεργασίες στο ακρότελμα. Επιπρόσθετα περιγράφονται τόσο ποιοτικά, όσο και ποσοτικά τα χαρακτηριστικά των ιζημάτων στο τελματικό και το λιμνοτελματικό πεδίο, ενώ εκτιμάται επίσης και η πορεία της ενανθράκωσης των υπό μελέτη οργανογενών ιζημάτων, έτσι ώστε να εξαχθούν διαγνωστικές παράμετροι εφαρμογής στα παλαιοπεριβάλλοντα τυρφογένεσης. / The present study focuses on the processes taking place in the peatigenic layer (acrotelma), in order to trace the alteration of physical, chemical and petrographical features of the organic sediments in connection with the peat-forming factors. The ulterior aim is to propose a model for interpreting the coal-forming palaeoenvorinmental conditions. Finally, the mobility of the toxic trace elements is evaluated, in case of peat utilization for power generation in the future. Cores from the peatlands of Philippi (Prefecture of Kavala) and Nissi (Prefecture of Pella) in Northern Greece and of Keri (Zakynthos Island) in Southern Greece, were examined. The objective was to determine the qualitative and quantitative characteristics of the organogenic sediments hosted in the peatlands and additionally, of the peat-forming plants that grow on the surface of the Nissi and Keri mires. A series of laboratory examinations were performed on the collected samples, including proximate and ultimate analyses, mineralogical determinations by applying X-ray diffraction and SEM, inorganic geochemical analyses using XRF, ICP-OES and ICP-MS, organic geochemical analyses using 13C CP/MAS NMR, FTIR and py-GC/MS techniques and organic petrographical examinations on intact samples. Regarding the mineralogical determinations a method for full quantification of the mineral phases has been developed taking into account the pattern of the organic phases. Additionally the application of X-ray diffraction in oxidized peat residues has been evaluated. The Philippi and Nissi peatlands comprise similar peat-forming environments, since: (a) both developed in intermontane basins, the subsidence of which is controlled mainly by the tectonic activity, (b) Cyperaceae, mainly Cladium mariscus and various Carex spp., constitutes the main peat-forming plants, (c) whereas both are affected by karstic waters. They are fens for most of the peat accumulation period. On the contrary, in Keri the peat accumulation developed in a coastal environment due to paludification controlled both by the tectonic activity and the eustatic sea level changes, and the environment is characterized as a brackish mire, where additionally Scirpus maritimus και Juncus maritimus thrive. Taking in consideration the peat-forming features in the three studied peatlands the coal facies indices were modified in order to reflect more precisely the syngenetic processes in the acrotelma. Additionally a model is provided that describes both qualitatively and quantitatively the characteristics of the organogenic sediments deposited in the telmatic and the limnotelmatic fields. Furthermore, the coalification pathways of the studied sediments are interpreted, in order to obtain diagnostic parameters that can be applied to coal palaeoenvironmental studies.