Wpływ bitumin na rozkład czteroetyloołowiu w obecności silikażelu, wody i wodnych roztworów wybranych związków chemicznych

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E , T . X L N R 2 W A R S Z A W A 1989 S. 141—149

JERZY DZIEJO W SK I, H A N N A RAD EC K A , JERZY RADECKI

W PŁYW BITUM IN NA ROZKŁAD CZTEROETYLOOŁOW IU

W OBECNOŚCI SILIKAŻELU, WODY I WODNYCH ROZTW ORÓW

W YBRANYCH ZW IĄZKÓW CHEMICZNYCH

K atedra C hem ii A k a d em ii R oln iczo-T ech n iczn ej w O lsztyn ie

W STĘP

U bocznym sk utk iem rozw oju m otoryzacji jest w zrastające skażenie

środow iska n atu ra ln e g o zw iązkam i ołowiu [6, 11, 12J. Zw iązki alkilooło-

wiowe w y k azu ją silniejsze działanie toksyczne na m ikroorganizm y, orga­

nizm y roślinne i zw ierzęce w poró w nan iu z nieorganicznym i zw iązkam i

ołow iu [1, 9, 13]. J a k dotąd, nie są w pełni poznane m echanizm y prze­

m ian zw iązków alkiloołow iow ych zarów no w prostych uk ładach m odelo­

wych, jak i w glebie.

Celem niniejszej p racy było w y jaśn ien ie przebiegu procesów rozkła­

du czteroetyloołow iu naniesionego n a silikażel zaw ierający b itu m in y

w obecności w ody oraz w odnych roztw orów dw uw odorofosforanu am o­

now ego i am oniaku. Zw iązki te, ja k w y k azały w cześniejsze badania,

w p ły w a ją n a rozkład czteroetyloołow iu w środow isku w odnym [2

-

].

S ta ra n o się też w yjaśnić, jak a część czteroetyloołow iu naniesionego n a

silikażel przejdzie do fazy ciekłej oraz czy obecność b itu m in w pływ a n a

ten proces, ja k też jak i jest sta n ilościow y poszczególnych p ro d u k tó w

rozkładu czteroetyloołow iu w fazie stałej i ciekłej w zależności od zaw ar­

tości b itu m in n a silikażelu oraz rodzaju użyty ch roztw orów i czasu trw a ­

n ia dośw iadczenia.

M ETO DY K A B A D A Ń

D ośw iadczenia prow adzono w u k ładach m odelowych, któ re przygoto­

w an o w n a stę p u ją c y sposób. W pierw szym etapie w yek strah o w an o b itu ­

m iny m ieszaniną etan o lu i b enzenu

tw orzonej z p iasku gliniastego n a glinie lekkiej. Zaw artość m ate rii orga­

nicznej w ynosiła 2,5%. E k strak cje prow adzono w a p a ra ta c h Soxleta. T ak

uzyskan e b itu m in y naniesiono n a żel krzem ionkow y, o trzy m ując dw a

stężenia Ci = 0,15% i C2

= 0.30% w stosun k u do całej m asy żelu. Stęże­

nia b itu m in określano n a podstaw ie zaw artości w ęgla organicznego m e­

todą dw uchrom ianow ą [10]. N astępnie n a żel krzem ionkow y naniesiono

czteroetyloołów w ilości 510 ug/g. Z tak przygotow anego żelu sporządzano

n aw ażki 2,5 ± 0 - 0002 g, um ieszczono je w kolum nach szklanych i zale­

w ano 15 cm

w ody red estylo w an ej lub 15 cm

ro ztw oru

H2

P 0

oraz 0,1M N H 3.

R oztw ory te pozostaw ione w kontakcie z fazą stałą przez 12, 48, 168,

246 i 552 godzin. Po upły w ie określonego czasu oddzielano żel krzem ion­

kow y od roztw oru. Fazy stałe i ro ztw o ry w odne, stanow iące fazę ciekłą,

analizow ano w edług sch em atu przedstaw ionego n a ry su n k u 1. W trak cie

analizy oznaczano zaw artość R

Pb, R

Pb+, R

P b 2+ + P b 2+ (R = C2

H5

)

oraz całkow itą zaw artość ołowiu (Pbc). Do oznaczania ołowiu używ ano

spek tro fo to m etru absorpcji atom ow ej firm y In stru m e n ta tio n L ab o rato ry

353, stosując płom ień p ow ietrzn o acety len ow y (długość fali 283,3 nm , n a

-A. A n a l i z a f a z y c i e k ł e j — L i q u i d p h a s e a n a l y s i s

Pbc— ołów c a łk o w ity - to ta l lead

В. A n a l i z a f a z y s t a ł e j — S o l i d p h a s e a n a l y s i s

R ys. 1. S ch em at an alizy F ig. 1. A n a ly sis sch em e

W p ływ b itu m in na rozkład cztero ety lo o ło w iu 1 4 3

tężenie p rą d u zasilającego lam pę 1 = 7 mA, szerokość szczeliny 320 jim).

W celu w y elim inow ania w p ły w u m atry cy n a w artość absorbancji ołowiu

ro ztw ory w zorcowe przygotow ano n a podłożu roztw orów b adanych zw iąz­

ków. R oztw ory wzorcow e przygotow ano z ro ztw o ru podstaw ow ego o stę ­

żeniu 1000 |ig/cm 3. U żyty do b ad ań czteroetyloołów oraz pozostałe od­

czynniki posiadały stopień czystości stosow any w analizie chem icznej.

Do przygotow ania roztw orów używ ano w ody redestylow anej.

OMÓWIENIE W YNIKÓW

P oró w n u jąc w y k re sy ilu stru jąc e zm iany zaw artości ołowiu w roz­

tw orach w odnych dla układów zaw ierających b itu m in y (rys.

u k ład u bez b itu m in (rys. 3), m ożna stw ierdzić, że ich obecność w n

ie-12 48 144 264 552 h

R ys. 2. P rocen tow a zaw artość o ło w iu c a łk o w iteg o w fazach ciek ły ch b adanych u k ła ­ dów za w iera ją cy ch b itu m in ę

Fig. 2. Per cen t of total lead in liq u id p h ases of th e sy stem s tested co n ta in in g b itu m en s

R ys. 3. P rocen tow a zaw artość o ło w iu ca łk o w iteg o w fazach ciek ły ch b adanych u k ład ów za w iera ją cy ch silik a żel i cztero ety lo o łó w

Fig. 3. Per cen t o f total lead in liq u id p h ases o f the sy stem s tested con tain in g silica g el and tetra eth y llea d

w ielkim stopniu w p ływ a na zm iany zaw artości ołow iu w fazie ciekłej.

Zm iany zaw artości poszczególnych form ołowiu w roztw orach w odnych

ilu s tru ją ry su n k i 4 - 6 . J a k w idać z w ykresów , n a początku dośw iadcze­

nia najw ięcej ołowiu w postaci R

Pb+ znaleziono w układzie z aw ierają­

cym silikażel i w odę (rys. 4). Stanow i on

oło-Rys. 4. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form o ło w iu w fazie ciek łej układu z w odą i b itu m in am i

Fig. 4. Per cent o f p articu lar form s o f lead in the liquid phase of the sy stem w ith w ater and b itu m en s

Rys. 5. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form o łow iu w fazie ciek łej układu z a m on iak iem i b itu m in am i

Fig. 5. Per cen t o f p articular form s of lead in th e liq u id p h ase of th e sy stem w ith a m on ia and b itu m en s

w iu w fazie ciekłej. Dla u k ładu zaw ierającego silikażel i roztw ór am o­

n iak u w ielkość ta w ynosi 89 - 92% (rys. 5). N ajm niej, bo 83 i 84% całko­

w itej ilości ołowiu w postaci R3P b + znaleziono dla uk ład u zaw ierającego

silikażel i ro ztw ó r N H

H2

P 0

(rys.

W p ływ b itu m in na rozkład cztero ety lo o ło w iu 1 4 5

do 65 i 75% dla u kład u z wodą, do 60 i 65% dla N H

i do 35 i 39% dla

uk ład u zaw ierającego N H4

H2

P 0 4. Z m iany te odzw ierciedlają szybkość

rozkładu form y R

P b+ do (R2P b 2+ + P b 2+). Z uzysk anych d any ch w y

-Rys. 6. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form ołow iu w fa zie ciek łej układu z d w u w od orofosforan em am on ow ym i b itu m in am i

Fig. 6. Per cen t of particu lar form s o f lead in th e liquid phase o f the sy stem w ith am m onium d ih yd rogen p h osp h ate and b itu m en s

nika, że form a R3

P b+ jest n ajb ard ziej trw ała w układzie z w odą d esty ­

low aną, n ato m ia st n ajm n iej trw a ła w układzie z dw uw odorofosforanem

am onow ym . P oró w nu jąc zm iany zaw artości fo rm y R

Pb+ w roztw orach

w odnych dla układów zaw ierających różną ilość b itu m in n a silikażelu,

m ożna stw ierdzić, że nie m ają one w iększego w pływ u n a zm ianę zaw ar­

tości tej form y ołowiu w fazie ciekłej.

R ysunki 7 - 9 ilu s tru ją zm iany zaw artości poszczególnych form oło­

w iu w fazie stałej b ad an y ch układów .

Rys. 7. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form o łow iu w fazie stałej układu z a m on iak iem i b itu m in am i

Fig. 7. Per cen t o f p articular form s o f lead in the solid p h ase of the sy stem w ith am m onia and b itu m en s

J a k w idać z ry su n k ó w 7 i

n iak u i wodę, już n a początku dośw iadczenia zaw artość form y R

Pb~b

ustala się n a poziom ie około

św iadczenia. W p rzy p ad k u u k ład u zaw ierającego dw uw odorofosforan

am onow y (rys. 9) n a początku dośw iadczenia form a R3P b + stanow i 25

Rys. 8. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form ołow iu w fazie stałej układu z w odą i b itu m in am i

Fig. 8. Per cen t of p articular form s o f lead in th e solid p h ase o f the sy stem w ith w a ter and b itu m en s

Rys. 9. P rocen tow a zaw artość p oszczególn ych form ołow iu w fazie stałej układu z d w u w od orofosforan em am on ow ym i b itu m in am i

Fig. 9. Per cen t o f p articular form s of lead in the solid p h ase of the system w ith am m onium d ih y d rogen p h osp h ate and b itu m en s

i 27°/o ołowiu w fazie stałej i m aleje na końcu dośw iadczenia do 7 i 10°/o.

Podobnie i w ty m p rzy p ad k u zaobserw ow ano niew ielki w pływ zm iany

zaw artości b itu m in na om aw iany proces.

Z m iany zaw artości (R2P b 2+ + P b 2+) odzw ierciedlają przebieg reak cji

rozkładu czteroetyloołow iu do ołowiu m ineralnego. P rocesy te ilu s tru ją

W pływ b itu m in na rozkład cztero ety lo o ło w iu 1 4 7

ry su n k i 4 - 9. P o rów nu jąc otrzy m an e dane m ożna stw ierdzić, że układ

zaw ierający dw uw odorofosforan am onow y jest układem najb ard ziej efek ­

ty w n y m w procesie degradacji czteroetyloołow iu do ołowiu m ineralnego.

W układach zaw ierających w odę oraz roztw ór am oniaku proces rozkładu

czteroetyloołow iu przebiegał w zbliżony sposób, lecz w znacznie m n ie j­

szym stopniu niż w układzie z dw uw odorofosforanem am onow ym . J a k

w idać z w ykresów , podw ojenie zaw artości b itu m in n a silikażelu m a n ie ­

w ielki w p ły w n a om aw iane procesy tak w fazie ciekłej, jak i fazie stałej.

W N IO SK I

1. B adane zm iany zaw artości b itu m in na silikażelu m ają niew ielki

w pły w na procesy rozkładu czteroetyloołow iu i przejście rozpuszczalnych

form ołowiu z fazy stałej do fazy ciekłej w om aw ianych układach m o­

delow ych.

2. W układzie m odelowym , zaw ierający m dw uw odorofosforan am o­

nowy, stw ierdzono najw iększą zaw artość ołowiu w fazie ciekłej. W ty m

układzie n a stę p u je n ajw iększy i najszybszy rozkład czteroetyloołow iu do

P b /R /3+ i (P b/R /22+ + P b 2+).

3. W układach m odelow ych zaw ierający ch wodę i am oniak rozkład

czteroetyloołow iu zachodzi z podobną szybkością, lecz w znacznie m n ie j­

szym stopniu niż w obecności dw uw odorofosforanu amonowego.

LITER A TU R A

[1] C r a m e r J. E. B ioch em ical stu d ies on th e to x icity o f tetra eth y l lead and other organolead com pounds. Br. J. Ind. Med. 1959, 16 s. 191.

[2] D r a b e n t Z., H r y n i e w i e c k i L., R a d e c k i J. T he action of selected nitrogen com p ou n d s on th e d ecom p osition of tetra eth y l lead in the p resen ce o f silica gel. Pol. J. S oil Sei. 1986, 19 s. 5 7 - 6 1 .

[3] D r a b e n t Z., H r y n i e w i e c k i L., R a d e c k a H., R a d e c k i J. W pływ w yb ran ych n aw ozów na pobór o łow iu p rzez kuk u ryd zę z g leb y skażonej cztero - ety lo o ło w iem . A cta Acad. A gricu lt. Tech. Olst., A gricu ltu ra 19&6, 43 s. 57 - 67. [4] D r a b e n t Z., M ł o t M., R a d e c k i J. P rzem ian y cztero ety lo o ło w iu w obec­ n ości w od n ych roztw orów w yb ran ych zw ią zk ó w azotow ych. A cta A cad. A gricu lt. Tech. Olst., A gricu ltu ra 1985, 41 s. 39 - 45.

[5] D r a b e n t Z., Ł u с z u n B., R a d e c k i J. M in eralizacja c ztero ety lo o ło w iu zaw artego w p ły n ie e ty lo w y m A cta A cad. A gricu lt. Tech. Olst., A gricu ltu ra 1984, 40 s. 31 - 39.

[6] F a u l s t i c h H., S t o u r n a r a s Ch. P o ten tia lly to x ic con cen tration s of trieth y l lead in B lack F o rest rain w a ter sam ples. N atu re 1985, В 17 s. 714 - 715. [7] G r o v e I. R. In v estig a tio n s into th e form ation and b eh aviou r of aq u eou s

solu tion s of lead alk yls. Int. E xp erts D iscu ssion M eeting, R ovinj, Y u g isla v ia 1977.

[8] H a r r i s о n G. F. The C avtat incident. Int. E xp erts D iscu ssion M eeting, R ovinj, Y u goslavia 1977.

[9] J а г V i e A. W. P., M а г к a 11 R. N ., P o t t e r H. R. D ecom p osition o f organ o- lead com pounds in aqeous sy stem s. E nviron. Res. 1981, 25 s. 241 - 249.

[10] L i t y ń s k i T., J u r k o w s k a M., S a r l a c h R. A n aliza ch em iczn o-roln icza. PW N, W arszaw a-K rak ów 1972.

[11] R a d o j e V i ć M., H a r r i s o n M. A lk y llea d com pounds in dust, sed im en t and soil sam ples. E nviron. Tech. L ett. 1986, 7.

[12] R a d o j e v i c M. , H a r r i s o n M. C oncentration and p ath w a y s of organolead com pounds in the in viron m en t. Sei. Tot. E nviron. 1987, 59 s. 157 - 180.

[13] R ö d e r e r G. P. On the to x ic e ffe c ts o f tetra eth y l lead and its d erivates. E nviron. Res. 1980, 23 s. 371. E. д з еКв с к и. г. р а д е ц к а, e. р а д е ц к и ВЛИЯНИЕ БИТУМЕНОВ НА РАЗЛОЖЕНИЕ ТЕТРАЭТИЛО-СВИНЦА ПРИ НАЛИЧИИ СИЛИКАГЕЛЯ, ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ВЫБРАННЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Кафедра химии Сельскохозяйственно-технической академии в Ольштыне Р е з ю м е В статье рассматриваются результаты исследований по разложению тетраэтило-свинца в модельных системах. Модельные системы содержали силикагель с поочередно наноси­ мыми битуменами, тетраэтило-свинец и растворы аммонийного дигидрофосфата, аммиака и дистиллированную воду. В ходе опытов анализировали содержание отдельных продуктов разложения тетраэти­ ло-свинца в жидкой и твердой фазе. Полученные результаты показали, что замена содержания битуменов силикагелем не оказывает значительного влияния на скорость разложения тетраэтило-свинца. Также не наблюдались изменения в содержании отдельных продуктов разложения тетраэтило-свин­ ца в анализируемых жидких и твердых фазах при замене содержания битуменов на сили­ кагеле. В модельной системе содержащей аммонийный дигидрофосфат процесс разложения тетраэтило-свинца происходит наиболее быстро и в наивысшей степени. J . D Z IE J O W S K I, Н. R A D E C K A , J. R A D E C K I

EFFECT OF BIT U M E N S ON THE TETR AETH Y LLEAD D EC OM POSITION IN THE PRESENCE OF SILIC A G EL, W ATER A ND W ATER SO L U TIO N S

OF SELECTED CHEM ICAL C O M POUNDS

D epartm ent o f C hem istry, U n iv ersity o f A gricu ltu ral T ech n ology of O lsztyn

S u m m a r y

R esu lts of in v e stig a tio n s on the tetra eth y llea d d ecom p osition in m odel sy stem s are p resen ted in th e paper. The m odel sy stem s contained silica g el w ith su b seq u en tly dep osited b itum ens, tetra eth y llea d and solu tion s o f am m onium dihydrogen p h osp h ate, am m on ia and d istilled w ater.

The con ten t of p articular tetra eth y llea d d ecom p osition products in the liquid and solid phase w ere an alyzed in the course of ex p erim en ts.

W p ływ b itu m in na rozkład cztero ety lo o ło w iu 1 4 9

The resu lts ob tain ed p rove th at the b itu m en am ounts in v estig a ted do not ex ert any sig n ific a n t e ffe c t on the tetra eth y llea d d ecom p osition processes.

The ch an ges in con cen tration o f b itu m en s o f silica g el do not a ffect th e con ten t of sev era l d ecom p osition products o f the a lk y llea d com pounds in liq u id and solid phase.

In th e m odel sy stem con tain in g am m on iu m d ih y d rogen p h osp h ate th e te tr a e th y l­ lead decom position runs at the q u ick est rate and to th e h ig h est degree.

D r J. D z i e j o w s k l P r a c a w p ł y n ę ł a d o r e d a k c j i w l i p c u 1988 r . K a t e d r a C h e m i i

A k a d e m i a R o l n i c z o - T e c h n i c z n a w O l s z t y n i e 10-728 O l s z t y n - K o r t o w o , Ы. 39