A Note on the Adsorption of Organic Molecules on Clays

Abstract

Results of adsorption studies of several pesticides on soils and clays show that the application of the reduced concentration concept to adsorption can either reduce the temperature effect on the isotherms, eliminate it altogether (e.g., parathion adsorption on Netanya soil), increase the temperature dependence (e.g., (β-BHC adsorption on Ca-bentonite) or even reverse the temperature dependence of the isotherms (e.g., parathion adsorption on Ca-attapulgite).

Literature and experimental data for the adsorption of parathion by Ca-attapulgite and by attapulgite with organic exchangeable cations of different sizes demonstrate that for many surface interactions the terms organophilic or hydrophilic are misleading. Organic compounds which are insoluble in water and soluble in apolar solvents will not necessarily adsorb preferentially on “organophilic“ surfaces. The specific interactions between adsorbate and adsorbent and steric considerations (in addition to the relative solubility of the organic molecule in water and apolar solvents and the organophilic or hydrophilic nature of the surface) will determine the partition between the adsorbed and the solution phase. An outstanding example is the order of adsorption of parathion on attapulgite: HDMA-attapulgite > Ca-attapulgite > TMA-attapulgite. This order is neither directly nor inversely related to the “organophilic” nature of the surfaces.

Резюме

Результаты изучения адсорбции нескольких пестицидов в почвах и глинах показывают, что уменьшение их концентрации при адсорбции может привести или к уменьшению температурного эффекта на изотермы, исключить его полностью (напр., адсорбция паратиона в почве Нетания), увеличить зависимость от температуры (напр., адсорбция β-гексахлорбензола Са-бен-тонитом) или даже изменеть температурную зависимость изотерм на противоположную (напр., адсорбция паратиона Са-аттапулгитом). Литературные и экспериментальные данные по адсорбции паратиона Са-аттапулгитом и аттапулгитом с органическими обменными катионами различных размеров показывают, что для многих поверхностных взаимодействий термины “органофили-товый” и “гидрофилитовый” могут вводить в заблуждение. Органические соединения, нерастворимые в воде и растворимые в неполярных растворителях необязательно будут адсорбироваться предпочтительно “органофилитовыми” поверхностями. Специфические взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом и пространственные особенности (в дополнение к относительной растворимости органических молекул в воде и неполярных растворителях и в дополнение к органофилитовой или гидрофилитовой природе поверхности) определяют отделение адсорбированной и растворенной фаз. Замечательным примером является порядок адсорбции паратиона аттапулгитом: HDМА-аттапулгит > Са-аттапулгит > ТМА-аттапулгит. Этот порядок ни прямым ни обратным образом не относится к органофилитовой природе поверхностей.

Resümee

Resultate von Untersuchungen der Adsorption verschiedener Pflanzenschutzmittel auf Erden und Ton zeigt, daß die Anwendung des Konzepts der reduzierten Konzentration auf Adsorption entweder den Effekt der Temperatur auf die Isothermen reduzieren kann, ihn völlig eliminieren kann (z.B., Adsorption von Parathion auf Netanya-Erden), die Abhängigkeit von der Temperatur zunehmen kann (z.B., /8-BHC Adsorption auf Ca-Bentonit) oder sogar die Temperaturabhängigkeit der Isothermen umkehren kann (z.B., Parathion Adsorption auf Ca-Attapulgif).

Daten aus der Literatur und von Experimenten für die Parathionadsorption von Ca-Attapulgit und von Attapulgit mit organischen austauschbaren Kationen verschiedener Größen demonstrieren, daß für viele Wechselwirkungen an der Oberfläche, die Bezeichnungen organophii und hydrophil irreführend sind. Organische Verbindungen, welche wasserunlöslich sind und in nicht-polaren Lösungsmitteln löslich sind, werden nicht unbedingt vorzugsweise auf “organophilen“ Oberflächen adsorbiert. Die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Adsorbat und Adsorbens und sterische Erwägungen (außer der relativen Löslichkeit des organischen Moleküls in Wasser und nicht-polaren Lösungsmitteln und die organophile oder hydrophile Natur der Oberfläche) wird die Verteilung zwischen der Adsorbierten- und der Lösungsphase bestimmen. Ein ausgezeichnetes Beispiel ist die Reihenfolge von Parathionadsorption auf Attapulgit: HDMA-Attapulgit > Ca-Attapulgit > TMA-Attapulgit. Diese Reihenfolge ist weder direkt noch umgekehrt verbunden mit der organophilen Natur der Oberfläche.

Résumé

Les résultats d’études sur l’adsorption de plusieurs pesticides sur des sols et des argiles montrent que l’application de la conception de concentration réduite à l’adsorption peut soit réduire l’effet de la température sur les isothermes, soit l’éliminer complètement (adsorption de parathion sur un sol Netanya), soit accroître la dépendance de la température (adsorption β-BHC sur la bentonite-Ca), soit même renverser la dépendance de température des isothermes (adsorption de parathion sur l’attapulgite-Ca). La littérature et les données expérimentales concernant l’adsorption de parathion par l’attapulgite-Ca et par l’attapulgite ayant des cations organiques échangeables de tailles différentes démontrent que pour beaucoup d’interactions superficielles, les termes organophiliques ou hydrophiliques peuvent induire en erreur. Des composés organiques insolubles dans l’eau et solubles dans des solvants apolaires n’adsorberont pas nécessairement de préférence sur des surfaces “organophiliques.” Les interactions spécifiques entre l’adsorbé et l’adsorbant et les considérations stériques (ajouté à la solubilité relative de la molécule organique dans l’eau et dans les solvants apolaires et la nature organophilique ou hydrophilique de la surface) détermineront la partition entre la phase adsorbée et la phase de solution. Un exemple excellent est l’ordre d’adsorption de parathion sur l’attapulgite: HDMA-attapulgite > Ca-attapulgite > TMA-attapulgite. Cet ordre n’est ni directement ni inversement apparenté à la nature “organophilique” des surfaces.