Adsorption of Hexahydro-1,3,5-Trinitro-1,3,5-Triazina (RDX) on soil and clay mineral surfaces

Abstract

Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) is an energetic compound that is commonly used as a military explosive. Studies indicate that nitroamines compounds, particularly those exhibiting several NO2 groups or other electronwithdrawing substituents, may adsorb strongly and reversibly from aqueous solutions to natural clay minerals. To determine the fate and transport mechanisms of explosives contained on buried landmines it is essential to understand the adsorption process on soil and clay minerals. In this research, the adsorption behavior of RDX was evaluated in soil samples and clay fractions from the Ap, and A horizons of the Jobos Series at Isabela, Puerto Rico and the University of Puerto Rico Mayaguez (UPRM campus). The clay fraction was separated from the other soil components by centrifugation. We analyzed the mass of solute sorbed per unit mass of soil at equilibrium (µg/g) and the aqueous equilibrium phase solute concentration (L/kg) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Adsorption coefficients (Kd ) for the RDX–soil and RDXclay interaction were determined. The adsorption process for RDX-soil was described by the Freundlich model. The higher adsorption coefficient was observed in the UPRM soil (0.99 L/Kg). The Freundlich algorithm also described the adsorption process for RDX-clay interaction. The relative adsorption capacity of the clays for RDX was higher in the A horizon (4.42 L/Kg). These results suggest that adsorption by soil organic matter predominates over adsorption on clay minerals when significant soil organic matter content is present. It was also found that properties like cation exchange capacity, surface area, type of exchangeable cations and clay minerals present in the clay fractions are important factors in the adsorption of RDX on clay and soils. The experimental adsorption enthalpy (∆Hads = -18.46 KJ/mol) found for the RDX-soil interaction, suggests that these interactions are of the Van der Waals type.

Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazina (RDX) es un compuesto enérgetico que se usa generalmente como explosivo militar. Los estudios indican que compuestos como las nitroaminas, particularmente las que exhiben varios grupos NO2, pueden fijarse por adsorción fuertemente y reversiblemente en soluciones acuosas sobre minerales de arcilla. Para determinar el destino y el mecanismo de transporte de los explosivos contenidos en minas terrestres es esencial entender el proceso de la adsorción en el suelo y los minerales de arcilla. En este estudio, el comportamiento de la adsorción del RDX fue evaluado en muestras de suelo y arcilla de los horizontes Ap y A de la serie Jobos de Isabela, Puerto Rico y una muestra del campus de la universidad de Puerto Rico en Mayaguez (UPRM). La fracción de arcilla fue separada de los otros componentes del suelo por centrifugación. Analizamos la masa del soluto absorbida por la unidad de masa del suelo en el equilibrio (µg/g) y la concentración acuosa del soluto de la fase de equilibrio (L/kg) usando cromatografía líquida de alta presión (HPLC). Los coeficientes de adsorción (Kd) para la interacciónes de RDX-suelo y RDX-arcilla fueron determinados. El proceso de adsorción de la iteraccion RDX-suelo fue descrito por el modelo de Freundlich. El coeficiente de adsorpcion más alto fue observado en el suelo UPRM (0.99 L/Kg). El modelo de Freundlich también describió el proceso de la adsorción para la iteraccion RDX-arcilla. La capacidad relativa de adsorción mas elevada en las interacciones RDX-arcilla se obtuvieron en el horizonte A (4.42 L/Kg). Estos resultados sugieren que el contenido de materia orgánica en la muestras de suelo tiene un efecto importante sobre la adsorción en los minerales de arcilla cuando el contenido de esta es significativo. Se encontro también que características como capacidad de intercambio catiónico, area superficial y el tipo de mineral de arcilla presente en las fracciones de la arcilla son factores importantes en la adsorción del RDX sobre el suelo y la arcilla.También, se determino experimentalmente la entalpia de adsorción (∆Hads= -18.46 KJ/mol) para la iteraccion RDX-suelo. Este valor sugiere que las interacciones son del tipo de Van der Waals.