Fotochemie organických polutantů v přírodním sněhu a ledu

Bc. Romana Kurková, Ph.D.

Diplomová práce

Anotace:

Cílem našeho studia bylo sledování bimolekulárních reakcí v ledové matrici. Chemické látky vyskytující se v atmosféře se inkorporují do sněhu v průběhu srážek i stárnutí sněhu a jejich obsah může být ukazatelem znečištění životního prostředí. Led a sníh nejsou dosud z hlediska dalšího osudu chemických látek dobře prostudovanými médii, nicméně již bylo prokázáno, že látky v nich obsažené mohou být subjektem fotochemických transformací jak přímo v ledové či sněhové matrici, tak na jejím rozhraní s atmosférou. Předpokládá se například, že fotolýza dusičnanů je příčinou uvolňování NOx ze sněhové pokrývky a také tvorby hydroxylových radikálů, které mohou dále interagovat s přítomnými látkami v ledu a sněhu (Honrath et al. 2000). Svými experimenty s fotodegradací fenolu v ledové matrici jsme tuto hypotézu dokázali, neboť byly v přítomnosti dusičnanů a dusitanů zachyceny nitrované produkty fenolu. Ozařováním čistého fenolu došlo ke vzniku hydroxylovaných sloučenin (hydrochinonu, katecholu a stopového množství resorcinolu). V případě přídavku dusičnanů byly detekovány fotoprodukty jako katechol, hydrochinon, 2-nitrofenol a 4-nitrofenol. Ozařování fenolu s dusitany vedlo ke vzniku pouze nitrovaných derivátů a to 2-nitrofenolu a 4-nitrofenolu. Kromě vzniku hydroxylovaných radikálů z fotolýzy dusičnanů a dusitanů dochází k jejich tvorbě i fotolytickým rozkladem peroxidu vodíku (Yang et al. 2002). Ve druhé fázi jsme se proto zabývali oxidací alifatických a aromatických sloučenin. Součástí tohoto studia bylo i sledování fotoreaktivity methanu jako nejjednoduššího uhlovodíku v přítomnosti peroxidu vodíku v ledu. Methan podléhal oxidační reakci na methanol a v malé míře i na formaldehyd. Podobné chování jsme předpokládali i v případě methan hydrátu. Ve třetí fázi jsme se zabývali výrobou methan hydrátu a jeho reakcí s peroxidem vodíku při UV ozařování. Methan hydrát nevykazoval téměř žádnou fotochemickou reaktivitu. Předmětem našeho zájmu se v budoucnu stanou jeho další reakce s jinými činidly.

Abstract:

Presented project was focused on bimolecular reactions of organic compounds in the ice matrix. Chemical compounds are scavenged from the atmosphere during the snowfall or incorporated into the aging snow, and their concentrations can serve as an indicator of the atmospheric pollution. The information about the fate of the compounds trapped in the ice and snow matrix are still mostly lacking, however, it was demonstrated recently that those compounds can be a subjects of photochemical reactions both, in the ice and snow, and at the interface with the atmosphere. It was suggested for instance, that photolysis of inorganic nitrates and nitrites causes the fluxes of NOx from the snow cover, as well as production of hydroxyl radicals, which can further react with the organic compounds present in ice (Honrath et al. 2000). Results of our experiments with the photodegradation of phenol in the ice supported this hypothesis since in the presence of nitrates and nitrites nitrated photoproducts of phenol were detected. In the other hand, irradiation of the pure phenol led to the production of hydroxylated products (hydroquinone, catechol, traces of resorcinol). In the presence of nitrates catechol, hydroquinone, 2-nitrophenol and 4-nitrophenol were detected as photoproducts, while irradiation in the presence of nitrites led to the production of nitrated products only (2-nitrophenol and 4-nitrophenol). Besides the photolysis of nitrates and nitrites, hydroxyl radicals are produced by photolytical degradation of hydrogen peroxide (Yang et al. 2002). In the next step we focused on the photochemical oxidation of aliphatic and aromatic hydrocarbons. Photoreactivity of methane in the ice matrix and in the presence of hydrogen peroxide was investigated. Methane gave methanol and traces of formaldehyde as a products of photochemical oxidation. Similar behavior we expected from methane hydrate which was in the centre of our attention in the third step. However, methane hydrate showed hardly any reactivity, and only traces of methanol were detected. It requires further investigation.

Klíčová slova

fotochemie, methan hydrát, fenol, dusičnany, dusitany

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 4. 2006

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 5. 2006
• Vedoucí: prof. RNDr. Jana Klánová, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Chemie / Chemie životního prostředí