AZ OTKA T SZ. PÁLYÁZAT SZAKMAI ZÁRÓJELENTÉSE

Átírás

1 AZ OTKA T SZ. PÁLYÁZAT SZAKMAI ZÁRÓJELENTÉSE A témavezető tervezettnél korábbi nyugdíjaztatáa miatt kérte a pályázat (Környezetzennyező anyagok talajbani mozgáának é megkötődéének elektrokémiai é radionyomjelzée modellezée, , eft, 1 fő réztvevő) Kutatái Támogatái Szerződéének felbontáát december 31.-ével. A Szerződé felbontáához az OTKA Műzaki- é Termézettudományi Kollégiuma hozzájárult. Ennek megfelelően a témavezető cak az időarányo teljeítéről, a december 31.-éig kitűzött feladatok elvégzééről tud bezámolni. A Rézlete kutatái tervben, ill. a Kutatá Munkatervében rögzített é az Elvégzendő feladatok rézben, ill. a kutatái program éve bontáú rézlete imertetéénél leírtakat (1-7 pontok) maradéktalanul ikerült teljeíteni. (A évi eredményekről az elmúlt évi Rézjelentében zámoltunk be.) Vagyi: 1. Az USA-ból kapott (Loyola Univerity, Chicago, IL, Prof. Alanah Fitch) különböző töltéű (SWy-1, STx-1), valamint különböző porozitáú hidrofil agyagáványok (kuzmicei é mádi termézete é aktivált bentonitok é a belőlük kézített Na-, Ca-, é H-montmorillonitok) hidrofóbizáláát végeztük el alifá é aromá kvaterner ammónium-vegyületekkel (metil-, decil-, hexadecil-, oktadecil- é fenil-benzil-trimetil-ammónium) valamennyien kationo tenzidek, é Gemini típuú (p.fenil dimetil-bi-oktadecil-dimetil-ammónium) tenziddel, továbbá zintén kationo alkil-piridinium vegyületekkel (hexadecil-piridinium-klorid, ill. -bromid). 2. A különböző humuztartalmú agyagáványokat (ún. agyag-humuz-komplexeket) Aldrich-, ill. Serva-gyártmányú Na-humát felhaználáával kézítettük. (Az előbbi molekulatömeg tartománya: é megfelel a humuzban gazdag talajok humuzanyagának, míg az utóbbi molekulatömeg tartománya: ) Az agyagáványok a már az előző pontban imertetett hidrofil é különböző mértékben hidrofilizált montmorillonitok, ill. a megfelelő bentonitok voltak. (Ez utóbbiak a valóágot jobban megközelítő komplex modell-rendzerek.) Mivel az agyagáványoknak a humuzanyagokkal alkotott komplexei fonto zerepet játzanak a talaj kolloidáli rendzerének kialakítáában, - amelyek vizont alapvető fontoágúak a talajzerkezet kialakítáában é a különböző oldott anyagok (tápanyagok, de pl. zerve zennyezők i) talajbani mozgáában, ill. megkötődéében -, ezért a különböző humuztartalmú agyagáványokkal modelleztük a humuzban gazdag, ill. zegény talajokat. Egyenúlyi (24 órá) méréekkel ikerült a megfelelő humuztartalmú komplexeket előállítani. Az elektrokémiai méréekkel kapcolatban az agyagávány-módoított elektródokat különböző humuzkoncentrációjú oldatokban történő áztatáal kézítettük, az oldatok koncentrációja 0,01 g/dm 3 é 30 g/dm 3 között változott.

2 Vizgáltuk a NaCl-tartalom hatáát i, mivel ez a rétege agyagávány duzzadáát i é a humuzmolekulák aggregációját i befolyáolja. Ez utóbbival kapcolatban a humuzoldatok felületi fezültégét i mértük, ill. az oldatok redukált vizkozitáát i vizgáltuk. A kritiku aggregáció koncentrációt 10 g/dm 3 -nél találtuk az Aldrichtípuú humuz eetén é jelentőebb elektrolithatát nem ézleltünk. A vizkozitái adatok pedig a polielektrolit jelleget támaztották alá, a görbe erezkedő é emelkedő zakaza a molekulaalak változáát mutatja (lineári, flexibili özegombolyodott, merev). Az elektrolit a gombolyodott zferokolloid képződéét eredményezi. Az aggregációnak i é az alakváltozának i jelentő zerepe van az agyag é a humuz között kialakuló kölcönhatában. A ugárabzorpció méréek orán a vizgálandó bentonitokat é a humuzanyagokat adott mennyiégű bideztillált vízzel kevertük öze é homogenizálá után az elkézített keveréket egy alkalmaan kialakított alumínium gyűrű mintatartóba helyeztük. 3. A már az előző pontban imertetett módzerekkel különböző talajmodellmintákat kézítettünk, variálva az agyagávány-, vagy a humuztartalmat, ill. a nedveégtartalmat. Kíérleteink kiterjedtek a Debreceni Hulladéklerakó Telep altalajából vett talajminták vizgálatára i. A méréeket termézeteen a telep léteítée előtti próbafúráok mintáival végeztük, a vizgálatok főképpen a Telep alatt meterégeen kialakított agyago zigetelő rétegre zorítkoztak. A rétegből 1-5 mm vatag zeleteket vágtunk ki. A minták víztartalma 6,6-8,9 % közötti volt. A fúráminták durva kőzetlizt é homok; agyago kőzetlizt; homoko agyag; agyago homok, ill. humuzo agyagréteg voltak. A depó alatti mélyebb rétegekből i vettünk fúrámintákat, amelyeket haonló víztartalomra állítottunk be, mint amilyenek a natív mintákéi voltak (8 %), ill. valamennyi minta 40 %-o víztartalmú, pépe állapotú változatát i elkézítettük. Valamennyi előállított minta eetén a vízzáró-, ill. vízátereztő rétegek átjárhatóágának kéőbbi megállapítáa (l. 7.pont) volt a cél. 4. A 2.pontban imertetett mintákkal elektrokémiai, cikliku voltammetriá módzerrel végeztünk duzzadákinetikai vizgálatokat. Megállapítottuk, hogy az agyagávány módoított elektródokkal az agyag-humuz komplexek i jól tanulmányozhatók. E a módzer lehetővé tezi a filmek felületén az áztatái, duzzadái folyamat orán képződő agyag-humuz komplexek átjárhatóágának vizgálatát, modellezve a humuzo talaj kialakuláának körülményeit i. Megállapítottuk, hogy a duzzadái é a hidratáció folyamatok határozzák meg a komplexekben i a makro é mikro diffúzió folyamatok ebeégét (réekben, repedéekben, ill. a kapilláriokban), amelyek a humuzkoncentrációtól függően növekedhetnek (agyagávány rétegek fellazítáa), ill. cökkenhetnek (a rétegek catornáinak lezáráa, eltömítée). k , ill. k.10 1,5.10 A jelenég a kritiku aggregáció koncentráció alatti, ill. feletti humuzoldatokkal kézített filmekre jellemző. Mivel a talajkolloidok okféle egyéb áványi rézeckét, ezek között nanorézeckéket i tartalmaznak, vizgálatainkat kibővítettük a dizperzió nanokolloidokkal kézített ún. kolloidokkal módoított elektródok területére.

3 Agyagávány-CdS, ill. PbS kompozitokat tanulmányoztunk cikliku voltammetriá elektrokémiai é záloptiká fotometriai vizgálati módzerekkel. Ez utóbbival a nanorézeckéket i tartalmazó filmek duzzadái-zugorodái folyamatait i tanulmányoztuk. A nanorézeckéken kívül humuzanyagokat i tartalmazó filmek cikliku voltammetriá elővizgálati eredményei biztatóak, modellezik bizonyo környezetzennyező anyagok talajbani pontán lebomlái folyamatait. (Ezekre a vizgálatokra ez évben került volna or.) Ugyancak érdeke eredményeket hozott a hidrofóbizált agyagáványok eetén az agyagávány-kationo tenzidek közötti kölcönhatá elektrokémiai vizgálati eredményeinek é az azono özetételű Pickering-típuú emulziók tabilitái eredményeinek egybevetée. Kiderült, hogy a hidrofóbizálá növekedéével cökkenő filmpermeabilitá, a párhuzamoan elkézített w/o típuú emulziók tabilitáának növekedéével járt. Ily módon független elektrokémiai módzerrel, indirekt módon adatokat kaphatunk az agyagáványokkal tabilizált emulziók állandóágára. 5. Egy máik elektrokémiai vizgálati módzerrel a hidrodinamikai voltammetriával módoított forgó korongelektróddal i zerezhetünk információkat az átjárhatóágra, ill. a porozitára. Ezekkel a vizgálatokkal meghatározható a D p - permeációebeég. Megállapítottuk, hogy a hidrofóbizálának jelentő átjárhatóágot cökkentő hatáa van, a filmek tömörebb zerkezetűek leznek. A legkiebb átjárhatóág a piridinium kationo tenzidekkel kapott filmeknél jelentkezett. Ez arra utalt, hogy a nagyobb fejcoportú aromá tenzid tömörebb zerkezetet alakít ki, mint az alifáok. Az átjárhatóág cökkentée aromá é alifá funkció coportú tenzidek keverékével i lehetége. Az ilyen hidrofóbizált agyagáványok akár az aromá, akár az alifá karakterű zerve anyagok, környezetzennyezők áthatoláát laítják. 6. A heterocikluo környezetzennyező anyagok tranzportját, ill. bentonitokon é montmorillonitokon történő megkötődéét modelleztük fenotiazin (metilénkék, tionin) é fenazin (neutrálvörö) típuú kationo fetékek egítégével. Megállapítottuk, hogy a humuzanyagok aggregációjához haonlóan, a fetékmolekulák oldatbeli aggregációja jelentő zerepet játzik az agyag-feték kompozit kialakuláa orán. A nem aggregált, egyedi molekulák ugyani képeek behatolni a rétegközi térbe, az aggregátumok vizont nem, őt ezek i pórueltömítő hatáúak. Az aggregáció folyamatot rézleteen két független módzerrel, pektrofotometriáan é elektrokémiai (CV, RDE) úton i tanulmányoztuk. Megállapítottuk, hogy az aggregáció, a különböző típuú fetékek eetén bekövetkezik, a különböző módzerekkel meghatározott CAC-értékek jó közelítéel megegyeztek. Kimutattuk a különböző fetékek metakromációját i. A feték megkötődéi vizgálatok zintén lehetőéget adtak a CAC(M) meghatározáára. Feték Fotometria Szorpció Elektrokémia metilénkék tiozin neutrálvörö Mivel a környezetzennyező anyagok a termézetben főképpen a capadékvízben oldódva mozognak a talajban, nagy valózínűéggel dezaggregált, egyedi molekulák

4 formájában é így vizonylag gyoran haladnak. A tömör zerkezetű vízzáró rétegek, agyago talajok, mozgáukat cak laítani képeek. 7. A különféle talajokban az ionok é molekulák mozgáának vizgálata ugárabzorpció módzerrel, direkt módon i lehetége radioaktív izotópok felhaználáával. A 3. pontban imertetett karakteriztiku talajmintákat é a regionáli hulladéktárolóknál vett mintákat tanulmányoztuk. Ez a módzer lehetőéget biztoít az agyagávány é humuzanyagok özekeveréével nagyobb humát-tartalmú é vizonylag nagy folyadéktartalmú paztazerű, ill. pépe rétegek vizgálatára (ez módoított elektródok alkalmazáával nem lehetége). Íly módon ezek a minták a nagy humuz-tartalmú talajokat modellezhetik. 137 C + felhaználáával tanulmányoztuk a tranzportfolyamatokat (a jelzett zerve molekulák, környezetzennyezők vizgálatát ez évre terveztük volna), Ca-, Na-, é H-bentonitban. Megállapitottuk, hogy a tranzport előorban a bentonitokon történő megkötődétől függ, azono víztartalom eetén (max. 50%). A minták porozitáának hatáa máodlago. Mivel a megkötődét a zerve anyagok jelentően befolyáolják (beépülé, ill. beburkolá), a humuz-komplexek eetén a bekövetkező zerkezetváltozá é a zorpció tulajdonágok együtteen határozzák meg a C + -ionok diffúzióját. A folyamat jellemző paraméterei (D 1,eff a makropóruok; D 2,eff a mikropóruok diffúzió együtthatói): Közeg D 1,eff (m 2 /) D 2,eff (m 2 /) Na-fulvát (40% H 2 O) Na-humát (40% H 2 O) H-bentonit 6 24 Na-bentonit 3 30 Ca-bentonit 7 27 H 2 O D eff = m 2 / Zelatin (2%), H 2 O (98%) D eff = m 2 / A ki molekulatömegű Serva típuú humuzanyag cak nagy koncentrációban eredményez gyorabb tranzportot a nagy molekulatömegű Aldrich humuzanyaghoz képet. A hulladéktároló alatti mintáknál (40% H 2 O) a következő eredményeket kaptuk (+10%): Fúráminta Jelleg D 1,eff (m 2 /) D 2,eff (m 2 /) jelzée A1 Szerveanyag tartalmú durva kőzetlizt+homok A2 Agyago kőzetlizt HA3 Homoko agyag HA4 Agyago homok A5 Középő humuzo réteg

5 Megállapítottuk, hogy a depó alatt lévő talaj é mélyebb rétegek átereztő képeége nagyon változato, van olyan réteg, amely záróréteg, de olyan i van, amely nem zigetel. Vizont a mélyebb rétegek átereztő képeégéhez vizonyítva a Telep alatt meterégeen kialakított kb. 60 cm vatagágú agyago zigetelő réteg valóban olyan, hogy benne az iono (C + ) zennyező anyagok diffúziója laú. Környezetvédelmi zempontból a Debreceni Hulladéklerakó Telep belátható ideig biztonágonak tekinthető.