This title appears in the Scientific Report : 2001 

Hydrophob modifizierte Polyacrylsäuren : Wechselwirkungen mit Bodenmineralen und organischen Schadstoffen
Baßmann, Frauke (Corresponding author)
Agrosphäre; ICG-IV
Jülich Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag 2002
VII, 162 p.
Düsseldorf, Univ., Diss., 2001
Book
Dissertation / PhD Thesis
Stoffströme von Schwermetallen und organischen Substanzen in der Umwelt
Berichte des Forschungszentrums Jülich 3975
OpenAccess
Please use the identifier: http://hdl.handle.net/2128/144 in citations.
Hydrophob modifizierte Polyacrylsäuren (HMPAA) können effizient rheologische Eigenschaften von Flüssigkeiten auf wäßriger Basis in vielen industriellen Anwendungen und Formulierungen kontrollieren. Da ein Eintrag dieser Polymertenside in terrestrische Ökosysteme nicht ausgeschlossen werden kann, wird der Einfluß ihrer amphiphilen Eigenschaften auf die Sorption an Bodenmineralen (Aluminiumoxid, Montmorillonit) sowie auf die Bindung von organischen Schadstoffen untersucht. Zusätzlich werden einige der hydrophob modifizierten Polyacrylate (HMPA) gezielt als Modellsubstanzen für native amphiphile Makromoleküle (u.a. Huminsäuren) der organischen Bodensubstanz eingesetzt. Sie helfen, das komplexe Verhalten der heterogenen Huminsäuren bezüglich der Immobilisierung und des Transports von Xenobiotika zu verstehen. Mehrere HMPA, mit einem Modifizierungsgrad bis zu 30%, werden durch Derivatisierung von Polyacrylsäure (M$_{w}$ 50.000 g/mol) mit Octylamin (C8), Hexadecylamin (C16) sowie 2-Phenylethylamin (C2Ph) synthetisiert und charakterisiert. Eine Abschirmung der polyanionischen Ladung der HMPA bei niedrigem pH, hohen Elektrolytkonzentrationen und in Gegenwart divalenter Kationen führt zur Ausbildung hydrophober Mikrodomänen, die mit Hilfe der Fluoreszenz-Sonden-Technik detektiert werden . Die Existenz hydrophober Aggregate bei Polyamphiphilen mit hohem Modiflzierungsgrad (30% C8) oder langen Alkylseitenketten (10% C16) ist dagegen unabhängig vom pH, der Ionenstärke und der Art des Elektrolyten. Je hydrophober das Polymer, desto schwerer sind die Carboxylgruppen der HMPA, aufgrund von Konformationsänderungen und lokal auftretenden hydrophoben Mikrodomänen, zu dissoziieren. Mit Hilfe fluoreszenzspektroskopischer Untersuchungen von Pyren läßt sich die Gleichgewichtsbindungskonstante dieses typischen unpolaren organischen Schadstoffes in hydrophob modifizierte Polyacrylate bei pH 5,5 und 8,5 sowie bei Anwesenheit verschiedener Elektrolyte bestimmen. Amphiphile Makromoleküle erhöhen die Löslichkeit und somit die Mobilität von Pyren in wäßrigen Medien signifikant durch die Ausbildung hydrophober Mikrodomänen. Diesbezüglich weisen die synthetischen Polymere 10% C16, 20% C8 und 30% C8 eine gute Vergleichbarkeit mit Huminsäuren auf. Die adsorbierte Menge von HMPA an entgegengesetzt geladenem Aluminiumoxid nimmt bei zunehmendem Modifizierungsgrad, längerer Alkylseitenkette und Zusatz polyvalenter Kationen aufgrund von Aggregation und somit kompakteren Strukturen der Polymere zu. Steigende pH-Werte führen zu einer verminderten Adsorption an der Oberfläche, die mit einer Knäuelaufweitung und geänderten Ladungsverhältnissen an der Aluminiumoxidoberfläche zu erklären ist. Elektrokinetische Untersuchungen, Lichtstreuexperimente und Sedimentationsversuche zeigen, daß die modifizierten Oxidpartikel bei zunehmender Polymerkonzentration einen Dispersions-Agglomerations-Redispersions Prozeß" durchlaufen. Das Sorptionsverhalten der HMPA an die lateralen Kanten des Montmorillonits ist mit dem Bindungsverhalten der Polymere an Aluminiumoxid vergleichbar. Eine Adsorption an die negativ geladenen Siloxanflächen ist allein bei stark hydrophoben Polymeren und durch Ca$^{2+}$-Brücken wahrscheinlich. Unterschiedliche kolloidchemische Meßmethoden zeigen, daß Montmorillonit-Dispersionen bei bodenrelevantem pH und einer NaCI-Konzentration von 0,01 M Heterokoagulate bilden . Bei hohen Polymerbelegungen dispergieren sie aufgrund der elektrostatischen Stabilisierung in einzelne Montmorillonitplättchen. Die Adsorptions- und Stabilisierungseigenschaften der synthetischen C8-Polymere in Gegenwart von Aluminiumoxid und Montmorillonit sind denen der Huminsäure ähnlich. An Aluminiumoxid gebundene synthetische und natürliche Makromoleküle verstärken mit zunehmender Hydrophobie der Adsorbatschicht die Immobilisierung von Pyren, 2,4-Dichlorphenol (2,4- DCP), Dodecyltrimethylammoniumbromid (DTAB) und Natriumdodecylsulfat (SDS). Niedrige DTAB- und SDS-Konzentrationen wirken synergistisch auf die Adsorption von 2,4-DCP an mit HMPA belegten Aluminiumoxiden durch Steigerung der Hydrophobie der Adsorbatschicht. Höhere Tensidkonzentrationen führen jedoch zu einer Abnahme der adsorbierten Schadstoffmenge durch konkurrierende Solubilisierung des Schadstoffes in den Tensidmizellen der Volumenphase.