shkolakz.ru 1
Механизмы сорбции углеводородов на модельных почвенных сорбентах 1

Морозов Георгий Сергеевич, Бондырев Михаил Леонидович

Аспиранты

Казанский государственный университет, Химический Институт,

Отдел химии окружающей среды, г. Казань, Россия

E-mail: goshamorozov@gmail.com


Важная задача регулирования барьерных функций почв в отношении паров углеводородов (УВ) - повышение их сорбционной емкости за счет введения сорбирующих добавок, правильный выбор и эффективное использование которых невозможно без выявления механизмов сорбционного связывания УВ. Из-за сложности и непостоянства состава почвенной среды эти процессы моделируют. В качестве почвенных моделей перспективно использование органомодифицированных минералов (ОММ) – минеральных частиц, покрытых слоем органического модификатора. Поскольку структура и состав минеральной и органической фазы ОММ четко охарактеризованы, при определенных допущениях они могут рассматриваться в качестве экспериментальных почвенных моделей. В данной работе с этой целью смоделирована сорбция ароматического бензола и алифатического н-гексана (УВ с близкими молекулярными массами, и различной структурой) на синтезированных ОММ двух типов. В первом в качестве минеральной основы взят чистый монтмориллонит (ММТ) - минерал группы набухающих слоисто-ленточных силикатов с высокой удельной поверхностью и емкостью катионного обмена (ЕКО) 90 мг-экв/100г, а во втором - цеолитсодержащая порода (ЦСП) - смешанная порода с ЕКО 14 мг-экв/100г, содержащая 18% природных цеолитов и 20% смектитов. В качестве модификатора в обоих случаях использован четвертичный аммонийный катион, входящий в состав катионного ПАВ – бензилдодецилдиметиламмоний хлорида; для варьирования фактора плотности органической фазы варьировали степень модифицирования минерала: 17, 34 и 100% от его ЕКО. Сорбцию УВ на ОММ изучали на абсолютно-сухих и предельно гидратированных сорбентах. Выбор объектов и условий экспериментов позволил сделать выводы о соотношении вкладов механизмов поверхностной адсорбции и абсорбции в связывании УВ органическим веществом почвы в зависимости от минеральной основы, плотности органической фазы, структуры УВ и влажности среды. Показано, что для абсолютно сухих немодифицированных сорбентов (вне конкуренции с парами воды за сорбционные центры на поверхности минерала) на обоих минералах формируются поверхностные адсорбционные комплексы, и интенсивность комплексообразования зависит только от удельной поверхности сорбента. Комплексы включения образуются в условиях интеркаляции (наличия модификатора в межслойном пространстве ММТ) и благодаря его рыхлой упаковке, облегчающей диффузию УВ к гидрофобным сорбционным центрам ОММ. Для предельно гидратированных сорбентов преимущественный механизм сорбции на ОММ - абсорбция УВ в органической фазе модификатора, причем интенсивность поглощения зависит от ее структуры и максимальна вблизи формирования монослоя модификатора. Установлено, какие виды межмолекулярных взаимодействий ответственны в каждом изученном случае за связывание УВ в сорбционный комплекс. При доминировании адсорбционного механизма (немодифицированные сорбенты) основную роль для сухих и влажных сорбентов играли Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. В условиях преобладания механизма абсорбции (образования комплексов включения) в случае бензола определяющими были специфические взаимодействия УВ с фазой органического модификатора. По разности величин сорбции бензола и н-гексана оценена величина стекинг-эффекта между молекулами бензола и бензольными кольцами модификатора.

1 Работа выполнена по гранту РФФИ 12-04-00860-а