УДК 631.445.41: 661.185.22

МИНЕРАЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПОЧВЫ: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ В МОДЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ

Г.Н. Курочкина, Д.Л. Пинский

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино,

Для изучения механизмов формирования минералоорганических соединений почвы были синтезированы 5 типов гелей с различным соотношением кремнезема и глинозема: силикагель (СГ, 100% SiO₂), алюмосиликаты (АС-1, 49,3% SiO₂; АС-2, 34% SiO₂; АС-3, 17% SiO₂ и АГ, 100% Al₂O₃). Соответственно изменялся суммарный знак заряда поверхности гелей – от отрицательного (СГ, АС-1, АС-2) до положительного (АС-3, АГ).

В качестве моделей органических веществ использовали полиэлектролиты (ПЭ), содержащие функциональные группы, характерные для почвенных органических веществ: поливиниловый спирт (ПВС: ОН - 100%), полиакриловая кислота (ПАК: СООН - 100%), полиакриламид (ПАА: СОNH₄ - 100%), сополимер производных акриловой кислоты и не полностью гидролизованного полиакрилнитрила (ПАА-1: ОСNН₂ - 25-30%, ОС-NH-СО ~13,3 %, СОOH - 50-60 %) и полиакрилонитрил (К-4: CООН - 50-60%, СООNa ~20 %, СОNН₂ ~30 %).

Показано, что адсорбция ПЭ возрастает с увеличением доли оксида алюминия (положительно заряженных центров) в алюмосиликате и карбоксильных групп в ПЭ. На поверхности алюмосиликатов выделяются две группы центров, различающихся энергией взаимодействия с ПЭ: в области малых заполнений - от 10 до 40 ккал/моль, в области средних и больших заполнений - от 1 до 10 ккал/моль. Сделан вывод о наличии двух видов адсорбции: прочной хемосорбции и относительно слабой молекулярной адсорбции. Группы хемосорбционно-активных центров связаны с положительно заряженными участками поверхности.

Константы скорости адсорбции и величины энергии активации, рассчитанные по кинетическим кривым при разных температурах, показали, что полиэлектролиты с наиболее выраженными кислотными свойствами (ПАК, ПАА-1, К-4) прочнее связываются с положительно заряженными гелями (АГ, АС-3) и наименее прочно с отрицательно заряженными гелями (СГ, АС-1). Поливиниловый спирт со слабо диссоциирующей ОН^– группой адсорбируется наиболее слабо по молекулярному механизму. На адсорбцию ПЭ, обладающих амфотерными свойствами, оказывает влияние противоположно направленное взаимодействие положительно и отрицательно заряженных функциональных групп с поверхностью гелей.