Vapor-Phase Sorption and Polymerization of Phenols by Smectite in Air and Nitrogen

Abstract

Reactions of smectite with phenols were investigated to understand the role of clay minerals in abating transport of these organic pollutants to ground water. Sorption of o-methylphenol, o-chlorophenol, and m-methylphenol by the clay with different exchange cations was accomplished by passing phenol vapors in a slow stream of air or nitrogen through the samples. The resulting products, extracted with methanol and analyzed by using mass spectrometry, included monomers, dimers, trimers, and tetramers of the parent phenol and of the corresponding quinones, the oxidation product of the phenols. In extracts from the Fe-clay-phenol complexes formed in air, traces of the phenolic pentamers were also detected. Both sorption and polymerization were much higher in air than in nitrogen. The greatly reduced polymerization in nitrogen suggests that anaerobic environment of the landfill sites may facilitate phenol transport to ground water. The degree of polymerization and its magnitude was in the order Fe- > Al- > Ca- > Na-clay.

Резюме

Исследовались реакции смектита с фенолами для выяснения роли глинистых минералов в уменьшении переноса этих органических загрязняющих веществ в почвенную воду. Сорбция о-кре-зола, о-хлорфенола, и т-крезола глиной с различными обменными катионами достигалась путем прохождения паров фенола в медленном потоке воздуха или азота через образцы. Результирующие продукты, извлеченные метанолом и исследованные с помощью масс-спектрографа, включали мономеры, димеры, тримеры и тетрамеры исходного фенола и соответствующих хинонов, продуктов окисления фенолов. В экстрактах из Ре-глина-фенол комплексов, образованных в воздухе, были обнаружены следы фенольных пятизвенных полимеров. И сорбция и полимеризация были намного больше в воздухе, чем в азоте. Значительно уменьшенная полимеризация в азоте предполагает, что анаэробная среда почвенных насыпей может облегчать перенос фенола в почвенную воду. Последовательность степени полимеризации и ее величины была следующая: Ре- < Аl- < Са- < Ыа-глина. [Е.G.]

Resümee

Es wurden die Reaktionen von Smektit mit Phenolen untersucht, um die Rolle der Tonminerale zu verstehen, die sie bei der Verhinderung des Transportes dieser organischen Verunreinigungen in das Grundwasser spielen. Die Sorption von o-Methylphenol, o-Chlorophenol, und m-Methylphenol durch Ton mit unterschiedlichen Kationen wurde erreicht, indem Phenoldämpfe in einem langsamen Luft- oder Stickstoffstrom durch die Proben geleitet wurden. Die entstehenden Produkte, die mit Methanol extrahiert und dann mittels Massenspektrometer analysiert wurden, beinhalteten Monomere, Dimere, Trimere, und Tetramere des Ausgangsphenols und der entsprechenden Quinone, die Oxidationsprodukte von Phenolen. In den Extrakten aus den Fe-Ton-Phenolkomplexen, die in Luft gebildet wurden, wurden auch Spuren des phenolischen Pentamers gefunden. Sowohl Sorption als auch Polymerisation waren in Luft viel ausgeprägter als in Stickstoff. Die stark reduzierte Polymerisation in Stickstoff deutet darauf hin, daß ein anaerobes Milieu der Landabfall-lage den Phenoltransport ins Grundwasser erleichtern könnte. Der Grad der Polymerisation und ihre Größenordnung verlief in der Reihenfolge Fe- > Al- > Ca- > Na-Ton. [U.W.]

Résumé

Les réactions de la smectite avec des phénols ont été investiguées pour comprendre le rôle des minéraux argileux dans la réduction du transport de ces polluants organiques aux nappes d'eau sousterraines. La sorption par l'argile de méthylphénol-o, de chlorophénol-o, et de méthylphénol-m, avec différents cations d’échange, a été accomplie en passant des vapeurs de phénol dans un flot lent d'air ou de nitrogène à travers les échantillons. Les produits résultants, extraits à l'aide de méthanol et analysés en employant le spectometrie de masse, ont inclu des monomères, dimères, trimères, et tétramères du phénol parent et des quinones correspondants, le produit d'oxidation des phénols. Dans des extraits des complexes Fe-argile-phenol formés dans l'air, des traces des pentamères phénoliques ont aussi été détectées. A la fois la sorption et la polymérisation étaient beaucoup plus élevées dans l'air que dans le nitrogène. La polymérisation fortement réduite dans le nitrogène suggère que l'environement anaérobique des sites de remblais pourrait faciliter le transport de phénol aux nappes d'eau sousterraines. Le degré de polymérisation et sa magnitude étaient de l'ordre de argile-Fe > -Al > -Ca > -Na. [D.J.]