The purpose the diploma thesis was to determine main fluorophores of soil and lignite humic substances using methods of 2D synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) and 3D SFS. These fluorescence methods are frequently used for characterization multifluorophore systems. Measured synchronous spectra were compared with standards IHSS. Next to that the aim was to find differences between chosen samples of humic and fulvic acids.

Sorption of quaternary metal ions (Pb2+, Cu2+, Cd2+ and Zn2+) was carried out on lignite from the South Moravia. Following experiments were tested: kinetic sorption, dependence of sorption on pH, initial concentration, temperature, effect of electrolytes (KNO3 and NaCl) and desorption in deionized water. Sorption studies was carried out in quaternary mixtures and in the case of inicial concentration effect additional in a single-component solution. The batch sorption experiments was used. Sorption time was 24 hour, although concentration of ions was a near equilibrium after two hour. As the optimal pH was determined pH 5. The order of affinity by lignite was obtained Pb >> Cd > Zn > Cu for the sorption of metals in the single-component solution and the order was Pb > Cu > Zn > Cd for the sorption of mixture of metals. The maximum adsorptium capacities from single solutions were for Pb 97,82 mg/g, Cd 60,34 mg/g, Zn 49,88 mg/g and Cu 30,28 mg/g and in the case of ones from mixture solutions were for Pb 39,03 mg/g, Cu 25,94 mg/g, Zn 15,21 mg/g and Cd 5,18 mg/g. Experimental data have been analysed using Langmuir and Freundlich model. Thermodynamic values H°, S° and G° were calculated. Desorption test showed that desorption efficiency is 0–3 %. NaCl had the greatest influence on sorption from electrolytes. On the basis obtained results we can say that metals are binding to lignite in particular due to chemical interactions. Lignite is s suitable as a sorption material for metal ions especially in the field of low concentrations.

Huminové kyseliny představují hlavní součást půdní organické hmoty. Jedná se o všudypřítomné sloučeniny s komplexní chemickou a fyzikálně-chemickou strukturou. Předkládaná práce shrnuje několik způsobů modifikací huminových kyselin provedených za účelem úpravy jejich vlastností. V první části byl studován vliv vzdušné oxidace lignitu na velikost výtěžku a fyzikálně-chemický charakter produkovaných regenerovaných huminových kyselin. Druhý krok představoval snahu stabilizovat strukturu lignitických huminových kyselin a zlepšit zádrž vody. Bylo provedeno síťování pomocí formaldehydu a karbodiimidů, které předpokládá vznik nových kovalentních vazeb v různých částech struktury huminových kyselin. Produkce zesíťované struktury byla motivována snahou vytvořit systémy podobné hydrogelům, založené na huminových látkách s možností úpravy jejich reaktivity a retence vody. Chemické složení a fyzikálně-chemické vlastnosti připravených vzorků byly studovány různými metodami, mezi nejdůležitější patří DSC a NMR relaxometrie. Chemické složení bylo studováno pomocí FTIR a elementární analýzy za účelem posoudit a porovnat změny s původním neupraveným vzorkem. Stability vzorků byly stanoveny pomocí termogravimetrie. Nejdůležitějším sledovaným parametrem této práce byla změna hydratačních charakteristik. K jejich studiu jsme vyvinuli a aplikovali několik nových termoanalytických a NMR relaxometrických přístupů. Ve snaze napodobit přírodní procesy byla studována sorpce vody huminovými kyselinami z prostředí s kontrolovanou vzdušnou vlhkostí. Byly pozorovány kvalitativní a kvantitativní hlediska sorpce vody. Zesíťování za použití formaldehydu způsobilo snížení sorpční kapacity vlhkosti. Tato změna je připisována separaci funkčních skupin a menší strukturní kompaktnosti. Zesíťované huminové kyseliny dále vykazovaly rychlejší příjem vody a přibližně třikrát větší kapacitu zádrže vody než původní huminové kyseliny. V případě použití karbodiimidu (ve vodě rozpustného N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidu (EDC)) obsahovaly výsledné produkty 14–40 % původních karboxylových skupin. I přesto tyto látky překonaly schopnost sorpce vlhkosti původního nemodifikovaného vzorku o 10–14 % po kondiciaci v prostřední se 100% relativní vzdušnou vlhkostí. Navzdory rigidnější struktuře vykazovaly EDC deriváty rychlejší bobtnání a dosáhly téměř stejné kapacity zádrže vody po 18 dnech jako původní vzorek. Vzorky modifikované karbodiimidy vykazovaly známky degradace již po 3–9 dnech což částečně snižuje jejich využitelnost. Získané výsledky naznačují, že kapacita zádrže vody, kinetika bobtnání a schopnost sorpce vlhkosti huminových kyselin nejsou výhradně určeny koncentrací karboxylových skupin, nebo dalších polárních fragmentů, ale také jejich vzájemným rozmístěním a distribucí velikosti pórů na povrchu a také uvnitř struktury. Získané poznatky této studie mohou sloužit například k produkci půdních kondicionérů založených na huminových kyselinách, tj. remediačních preparátů s požadovanými, ale především nastavitelnými schopnostmi poutat a následně uvolňovat vodu do okolního prostředí. V neposlední řadě přispějí uvedené závěry ke zkvalitnění základního porozumění procesu hydratace v modifikovaných a původní vzorcích, což je přínosné ve vztahu k objasnění hydratace komplexních přírodních systémů a to zejména přírodní organické hmoty.

Mittels künstlichen neuronalen Netzen wurden die in den rekultivierten Tagebaukippen im Nordraum Lausitz (Tagebaue Schlabendorf und Seese) auftretenden Geländedeformationen infolge Bodenverflüssigung für die Jahre 2009 - 2013 als Zeitreihe modelliert. Das Modell ist in der Lage, grob die zeitliche Entwicklung und exakt die räumliche Lage des in den Kippen auftretenden Gefährdungspotenzials nachzuvollziehen und als Funktion des sich ändernden Grundwasserspiegels und der sich ändernden Oberflächenmorphologie in die Zukunft zu prognostizieren. Das Modell zeigt dynamisch das Entstehen neuer Risikoflächen in bisher scheinbar stabilen Bereichen des Untersuchungsgebietes. Die Korrektheit des Modells wurde mittels verschiedener Tests geprüft sowie anhand einer Prognoserechnung für das Jahr 2014 und des Vergleichs mit den real in 2014/2015 gegangenen Ereignissen nachgewiesen. Folgende Gefährdungsfaktoren wurden ermittelt: Destabilisierend wirken eine möglichst einförmige Lithologie folgender Zusammenset-zung: 31 % Feinsand, 34 % Mittelsand, 31 % Grobsand, 3 % Schluff, < 1 % Kies, < 1 % Kalk, < 1 % Ton, < 1 % Kohle, kf-Werte zwischen 10-4 und 10-4,5 m/s, ein Grundwasserflurabstand bei 3,45 m (Medianwert), möglichst hohe Gradienten der nicht lithologisch kontrollierten Parameter: Tagebauoberfläche, Grundwasseroberfläche, Grundwasserflurabstand und Mächtigkeit der gesättigten Kippe. Stabilisierend wirken vor allem eine möglichst große Heterogenität der Lithologie auf kleinem Raum (möglichst hohe Gradienten der lithologisch kontrollierten Parameter (z.B. Kiesgehalt, Sandgehalt, Tongehalt, Kohlegehalt)), ein möglichst geringer Sandanteil, möglichst hohe Anteile an Kies, Schluff, Ton, Kalk, bzw. Kohle, ein möglichst großer Grundwasserflurabstand sowie möglichst geringe Gradienten der nicht lithologisch kontrollierten Parameter: Tagebauoberfläche, Grundwasseroberfläche, Grundwasserflurabstand, Mächtigkeit der gesättigten Kippe sowie wechselnde kf-Werte 10-7 bzw. >10-2 m/s. Für die Bearbeitung wurden ausschließlich die bei der LMBV vorhandenen bzw. laufend flächendeckend erhobenen Daten genutzt: Lage des Grundwasserspiegels, Relief der Tagebauoberfläche, Liegendes der Kippe, geologische Daten der Vorfeldbohrungen. Das Modell kann als dynamisches Instrument zum Risikomanagement vor bzw. während der Sanierungsmaßnahmen genutzt werden. Mittels der Variation der prozesskontrollie-renden Parameter können die geotechnischen Auswirkungen verschiedener Sanierungsszenarien (z.B. Gestaltung der Tagebauoberfläche, Schüttung der Kippen, Grundwasseranstieg) auf die Stabilität der Kippen prognostiziert werden. / Geotechnical events (terrain deformation due to soil liquefaction) in lignite mining waste rock piles of the northern Lausitz area (opencast pits Schlabendorf and Seese), have been modeled as time series for the years 2009 – 2013 by using artificial neural networks. The model has clearly recognized the influences of various lithological and non-lithological controlled parameters on the occurrence of geotechnical events, and these have been quantified and weighted in terms of their importance. The model is able to predict the tem-poral evolution and the exact spatial location of the events occurring in the dumps as a function of changing groundwater levels and surface morphology. The model shows dynamically the emergence of new risk areas in hitherto seemingly stable areas. The correctness of the model was confirmed by means of various tests and its predictive success was demonstrated through forecasting of events for the years 2014 and 2015 and their comparison with the observed events of those years. The following main risk factors were identified: Important destabilizing factors are a monotonous lithology with the following composition: 31% fine sand, 34% medium sand, 31% coarse sand, 3% silt, <1% gravel, <1% lime, <1% clay, <1% coal, kf-values between 10-4 and 10-4.5 m/s, a surface to groundwater distance of 3.45 meters (median value), high gradients of non-lithological controlled parameters: waste dump surface, groundwater level, depth to groundwater and thickness of saturated dump. 2. Important stabilizing factors are a high heterogeneity of lithology (high gradients of the lithological controlled parameters: e.g. gravel content, sand content, clay content, carbon content), a low proportion of sand in the dump composition, high proportions of gravel, silt, clay, lime, or coal, a high depth to groundwater, low gradients of non-lithological controlled parameters: open pit surface, groundwater surface, depth to groundwater, thickness of saturated dump, strongly changing kf values between 10-7 and 10-2 m/s. The model can be used as a dynamic tool for risk management before and during the re-habilitation of lignite waste dumps, and for constructing stable waste dumps. By means of varying the model parameters (e.g. design of the dump surface, composition of dumped rocks, rising groundwater) the geotechnical effects of dump design and remediation scenarios can be predicted.

This Master’s thesis deals with isolating carbon nanoparticles from South Moravian lignite using "green" – environmentally friendly methods. This method consists of mechanical-chemical-thermal stressing of lignite using ultrasound, hydrogen peroxide and high temperatures. This work aims to develop recommendations on coal as a source of carbon nanoparticles and based on these recommendations, to design procedures for isolating nanoparticles from South Moravian lignite using environmentally friendly methods. The identified procedures were designed to meet carbon-based particles with an oxidized surface. From the results we can deduct that it is possible to use South Moravian lignite for the preparation of carbon nanoparticles. However, it will be necessary to modify the process further and also to optimize the purification of the obtained particles.

Die Dissertationsschrift führt im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen im Zusammenhang mit der Energiewende einen Perspektivwechsel hin zur gesellschaftlichen Berücksichtigung herbei. Bisherige Szenariostudien richteten ihren Fokus auf die technische Machbarkeit sowie einzelne Kosten- und Umweltaspekte, wie in der Voranalyse gezeigt wird. Die Gesellschaft spielt in diesem Fall eine sekundäre Rolle. Statt einer Berücksichtigung im vorab geschalteten Entscheidungsprozess werden so häufig erst im Anschluss Zeit und Aufwand in die nachgelagerte Überzeugung der Bevölkerung investiert. Der in der Arbeit verfolgte Ansatz setzt konsequent darauf, gesellschaftliche Präferenzen und Barrieren vorab in die Entscheidungsfindung einzubeziehen, damit Entscheidungen selbst nachhaltig Bestand haben. Dazu werden repräsentative Telefonbefragungen genutzt, mit denen einerseits die Präferenzen der Bevölkerung, andererseits die Grenzen der Akzeptanz in Form der Zahlungsbereitschaft ermittelt werden. Erst im Anschluss daran werden Szenariorechnungen durchgeführt, um energiepolitische Handlungsoptionen auch quantitativ bewerten zu können. Bei der anschließenden Gegenüberstellung von gesellschaftlichen Barrieren und Modellergebnissen werden jedoch auch die Grenzen dieses Ansatzes vor Augen geführt: So kann eine aus Bevölkerungsperspektive erwünschte Handlungsoption (hier der Braunkohleausstieg) auch an politischen und rechtlichen Schranken scheitern.

Die Broschüre informiert über die Ergebnisse der Untersuchungen zu den geogenen Ursachen der Entstehung von Sauerwasser, einem der hauptsächlichen Wasserqualitätsprobleme in den Braunkohlenbergbaugebieten Nordsachsens. Das Vorhaben wurde vom LfULG gemeinsam mit Forschungspartnern von 2009 bis 2011 bearbeitet. Die angewendete Untersuchungsmethodik und die gewonnenen Erkenntnisse werden inzwischen schon in der mitteldeutschen Braunkohlenindustrie praktisch umgesetzt. Sie lassen sich auf andere in- und ausländische Kohlenreviere übertragen. Integrativer Ansatz des Vorhabens war die geochemische Charakteristik der tertiären Schichtenfolge durch die Analyse der Stoffeinträge in die Paläomoore (Braunkohlenflöze) und die geochemische Charakteristik der tertiären Zwischenmittelhorizonte und sonstiger Flözbegleitschichten. Das war die Basis für eine Paläo-Environment-Analyse. Aus der Analyse konnten die kausalen Ursachen der geochemischen Zusammensetzung der Braunkohlenbergbaukippen abgeleitet und hinsichtlich des Aciditätspotenzials aus der Pyritverwitterung für die Grundwasserversauerung (Acid Mine Drainage) quantifiziert werden.

Bibliography: 208-218. / 339 leaves : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Chemical Engineering, 1989

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.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: Today there is renewed interest in using soil improvers with fertilising capability as the use of inorganic fertilisers results in ground water pollution through leaching and formation of nitrates in plant materials. Lignin is an important precursor of humic material in soils and with modification, can be used as a raw material for producing slow release nitrogenous fertilisers. This project focussed on the use of industrial residues such as technical lignins which are produced by the South African pulping industry as well as low grade coals such as lignite occurring in South Africa, for the production of high-grade humic substances like Novihum TM, using the special technology developed by the Institute of Plant and Wood Chemistry of the Technical University of Dresden in Germany. Technicallignins derived from kraft lignin, sugar cane baggase, autohydrolysis lignin with a trade name Sucrolin, a calcium lignosulphonate and South African lignites mined in the Kraaifontein and BraekenfeIl areas as well as German brown coal were subjected to oxidative ammonolysis with the aim to produce slow release nitrogenous fertilizers. Curie Point Pyrolysis GCIMS was used to determine the structural composition of the raw materials and products. Oxidative ammonolysis reactions were carried out on a laboratory and a pilot plant scale. Highest nitrogen contents were obtained with Sucrolin lignin followed by the lignite from Germany. The amount of nitrogen that could be fixed with oxidative ammonolysis varied between 1.44 - 10% for the various raw materials. The CIN ratios obtained were in the range between 5 - 34. Marginal differences were observed between the materials modified on lab and pilot plant scales. There were improvements in the total incorporated nitrogen when the raw materials were pre-activated with oxidising agents such as hydrogen perxide and a fungal species, Phanaerochateae chrysosporium prior to oxidative ammonolysis. Variable amounts of differently bonded nitrogen forms were obtained for the materials tested due to their structural differences. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Daar is deesdae hernude belangstelling in die gebruik van grondverbeteringsmiddels wat ook 'n bemestingsfunksie het, aangesien die gebruik van anorganiese kunsmis besoedeling van grondwater deur uitlogingen insypeling veroorsaak, wat weer tot die vorming van nitrate in plantmateriaallei. Lignien is 'n belangrike voorloper van humiese materiale in grondstowwe en kan dmv modifisering gebruik word as 'n grondstof vir die produksie van stadigstikstof vrystellende nitro gene kunsmisstowwe. Die huidige projek het gefokus op die gebruik van industriële residue en tegniese ligniene wat deur die Suid- Afrikaanse pulpnywerheid geproduseer word, sowel as lae-graad steenkool soos ligniet wat in Suid-Afrika aangetrefword, vir die produksie van hoë-graad humiese stowwe soos Novihum TM. Hierdie produk is mbv spesiale tegnologie deur die Instituut van Plant- en Houtchemie van die Tegniese Universiteit van Dresden in Duitsland ontwikkel. In hierdie ondersoek is verskeie Suid-Afrikaanse tegniese ligniene soos Kraft lignien, suikerriet bagasse, 'n outohidrolise lignien met die naam van Sucrolin en 'n kalsiumlignosulfonaat sowel as SA ligniete, afkomstig van Brackenfell en Kraaifontein, gebied en Duitse bruinkool, aan oksidatiewe ammonolise onderwerp om sodoende verskillende, stadigvrstellende, stikstofryke kunsmisstowwe te vervaardig. Curie Punt Pirolise GC/MS is gebruik om die chemiese struktuur van die grondstowwe en produkte vas te stel. Oksidatiewe ammonolise reaksies is op 'n laboratorium en loodsaanlegskaal. uitgevoer. Die hoogste stikstofinhoud is met Sucrolin lignien verkry, gevolg deur die ligniet van Duitsland. Die hoeveelheid stikstof wat dmv oksidatiewe ammonlise bereik kon word, het tussen 1.44 en 10% gewissel. Die CIN verhoudings wat verkry was, het varieer tussen 5 en 34. Marginale verskille is tussen laboratorium - en loodsaanlegsskaal gemodifiseerde grondstowwe waargeneem. Daar was verhogings in stikstofinhoud wanneer die grondstowwe vooraf met oksiderende middels soos waterstofperoksied of swamkultur soos Phanaerochatae chrysosporium, aktiveer is. Stikstof is op verskillende maniere en in verskillende hoeveelhede gebind.