Adsorption coefficients of 2,4-DNT in soils and clay minerals

Abstract

Contamination of soil and water by explosives is widespread and often caused by various military activities. 2,4-DNT is commonly used as a military explosive. This explosive may enter to the environment from the processes in which it is made and used. Dinitrotoluenes (DNT’s) are intermediates in the production of the explosive trinitrotoluene (TNT) and precursors in synthesis used in the manufacture of polyurethanes. Improper disposal practices associated with TNT manufacturing have resulted in contamination of the soils and water with dinitrotoluenes. In this study, samples of 2,4-DNT were allowed to interact with soil and clay samples to evaluate the adsorption behavior. The behavior of 2,4-DNT was evaluated in soil samples and clay fractions from the Ap and A horizon of the Jobos Series at Isabela, PR and from the University of Puerto Rico at Mayagüez, PR. The clay fraction was separated from the other soil components (sand and silt) by centrifugation. High performance liquid chromatography (HPLC) was used to obtain adsorption coefficients (Kd values) for the interactions between 2,4-DNT-soil and 2,4-DNT-clay. The adsorption process for 2,4-DNT-soil and 2,4-DNT-clay were described by the Freundlich isotherm model. Values for the correlation factor (R2 ) near one were obtained in the linear representation of the Freundlich model for the soil and clay samples. Ap horizon shows a greater maximum adsorption (11.87L/kg) than the others. The higher organic matter content of the Ap horizon (4%) may have contributed to the higher 2,4- DNT adsorption observed. In the case of the 2,4-DNT-clay interaction, the sample of the University of Puerto Rico at Mayagüez Campus showed a maximum adsorption (12.73L/kg). The higher adsorption on this clay fraction may be the result of a larger surface area (231.97m2 /g).

La contaminación del suelo y las aguas con explosivos es bastante amplia y es comúnmente causada por actividades militares. El 2,4-dinitrotolueno (2,4-DNT) es usado comúnmente como un explosivo militar. Este explosivo puede entrar al medio ambiente mediante los procesos en los cuales éste es fabricado y utilizado. Los dinitrotoluenos son intermediarios en la producción del trinitrotolueno y son precursores en la síntesis utilizada para la manufactura de poliuretanos. La eliminación inadecuada de desperdicios en la manufactura del TNT trae como resultado la contaminación de los suelos y agua con dinitrotoluenos. En este estudio, se evaluó el comportamiento de adsorción del 2,4- DNT interaccionando con muestras de suelos y arcillas. La adsorción fue evaluada en muestras de suelo y fracciones de arcilla de los horizontes A y Ap de la Serie Jobos de Isabela, PR y además de la Universidad de Puerto Rico en Mayaguez, PR. La fracción de arcilla fue separada de los otros componentes del suelo (arena y limo) por centrifugación. Cromatografía líquida de alto desempeño (HPLC) fue utilizada para obtener los coeficientes de adsorción (valores de Kd) para las interacciones entre 2,4-DNT-suelo y 2,4-DNT-arcilla. El modelo de la isoterma de Freundlich fue el que mejor describió los procesos de adsorción entre ambas interacciones. Valores del coeficiente de correlación (R2 ) cercanos a uno fueron obtenidos para este modelo de isoterma mostrando una tendencia lineal. El horizonte Ap mostró una mayor adsorción que los otros analizados (11.87L/kg). El alto contenido de materia orgánica del horizonte Ap (4%) pudo haber contribuido a la alta adsorción de 2,4-DNT observada. Para el caso de la interacción 2,4- DNT-arcilla, la muestra del Recinto de Mayagüez mostró una mayor adsorción (12.73L/kg). La alta adsorción en esta fracción de arcilla puede ser el resultado de una mayor área superficial (231.97L/kg).