Moleküldynamik Simulationen von Sorptionsprozessen an Bodenmaterialien
Abstract
Interaktionen von organischen Stoffen mit Bodenmaterial spielen in vielen umweltrelevanten Prozessen eine große Rolle. Die Adsorption im Boden beeinflusst die Mobilität und Abbaubarkeit von organischen Schadstoffen. Die Zugänglichkeit und Anzahl von Sorptionsstellen ist ein wichtiger - den Transport von Schadstoffen beeinflussender - Faktor. Boden selbst besteht aus einer komplexen Mischung von anorganischen und organischen Materialien. Zur Beschreibung eines derart komplexen Systems ist die Entwicklung geeigneter repräsentativer Model und Modelszenarien erforderlich. Im Rahmen dieses Projektes möchten wir zwei wichtige Aspekte der Interaktion organischer Substanzen mit Boden mittels theoretischer Methoden auf molekularer Ebene betrachten. Erstens sollen die Interaktionen ausgewählter organischer Substanzen an Tonoberflächen untersucht werden. Ausgehend von den Ergebnissen des vorhergehenden Projektes wollen wir komplexere und daher auch realistischere Szenarien betrachten. Im speziellen sollen die Interaktionen von ausgewählten Pestiziden, typischen Huminstofffragmenten und solvatisierten Kationen (z.B. K+, Mg2+, Ca2+) an Tonoberflächen untersucht werden. Die Anwendung von Methoden der Moleküldynamik soll es erlauben thermodynamische Parameter zu berechnen und den möglichen Beitrag unterschiedliche Interaktionen zu vergleichen. Der zweite Teil des Projektes zielt auf eine detaillierte Beschreibung der Wechselwirkungen von Huminstoffen mit umweltrelevanten organischen Verbindungen hin. Ebenfalls aufbauend auf das vorhergehende Projekt soll das dort entwickelte Huminstoffmodell verwendet und erweitert werden. Dieses Model besteht aus Huminstoff - Einzelfragmenten mit unterschiedlicher Funktionalität. Mit Hilfe von Molekül Dynamik Simulationen sollen auch hier Unterschiede in der freien Enthalpie zwischen unterschiedlichen Interaktionsmechanismen herausgearbeitet werden. Insbesondere sollen die Stabilitäten in unterschiedlich polaren Medien untersucht werden. Damit kann die Auswirkung von hydrophilen und lipophilen Umgebung auf die Wechselwirkung betrachtet werden. Die Simulationen sollen es z.B. erlauben abzuschätzen in welchem Verhältnis ausgewählte Pestizide im sorbierter bzw. freien Zustand vorliegen können. Beide Teile des Projektes werden wichtige und fundamentale Informationen über mögliche Beiträge unterschiedlicher Interaktionen zur Sorption von organischen Substanzen an Bodenmaterialien liefern. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen den Verbleib und das Verhalten von organischen Molekülen in der Umwelt besser zu verstehen.
Boden Adsorption Interaktion Schadstoffe Moleküldynamik
Publikationen
A density-functional investigation of aluminium(III)-citrate complexes.
Autoren: Aquino, J.A., Tunega, D., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2001
Journal articles
Modeling of molecular interactions of soil components with organic compounds.
Autoren: Haberhauer, G., Aquino, A.J.A., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2001
Chapter in collected volumes
Ab initio molecular dynamics study of adsorption sites on (001) surfaces of 1:1 dioctahedral clay minerals.
Autoren: Gerzabek, H.H., Tunega, D., Aquino, A.J.A., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2001
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Theoretical study of adsorption sites on the (001) surfaces of 1:1 clay minerals.
Autoren: Tunega, D., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2002
Journal articles
Ab initio molecular dynamics study of adsorption sites on the (001) surfaces of 1:1 dioctahedral clay minerals
Autoren: Tunega, D., Benco, L., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2002
Journal articles
Investigations to study the sorption behavior of organic compounds in soil
Autoren: Haberhauer, G; Gerzabek, M H Jahr: 2002
Journal articles
Catalytic effect of clay mineral surfaces on amide bond formation ¿ a theoretical study
Autoren: Aquino, A.J., Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2003
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Sorption of 2,4-D pesticide on montmorillonite ¿ an ab initio molecular dynamics study
Autoren: Tunega, D., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2003
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Applications of Computational Chemistry in Soil Research
Autoren: Gerzabek, M.H., A.J.A. Aquino, G. Haberhauer, D. Tunega and H. Lischka Jahr: 2003
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Adsorption of organic substances on broken clay surfaces: a quantum chemical study
Autoren: Aquino, A.J., D. Tunega, G. Haberhauer, M.H. Gerzabek and H. Lischka Jahr: 2003
Journal articles
Interactions of organic pollutants with soil components investigated by means of molecular modelling
Autoren: Gerzabek, M.H., Tunega, D., Aquino, A.J.A., Pasalic, H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2010
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Interactions of organic compounds with soil components – elucidating mechanisms on a molecular level
Autoren: Gerzabek, M,H., Aquino, A.J.A., Tunega, D., Pašalić, H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2011
Conference & Workshop proceedings, paper, abstract
Mitarbeiter*Innen
Martin Gerzabek
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Dr.h.c.mult. Martin Gerzabek
martin.gerzabek@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-91112
Projektleiter*in
01.12.2001 - 01.12.2004
BOKU Partner
Externe Partner
ARC Seibersdorf research GmbH, Biogenetics - Natural Resources, Abteilung Umweltforschung
Dr. Michael Jakusch
Partner
Universität Wien, Institut für Theoretische Chemie und Molekulare Strukturbiologie
Prof. Dr. Hans Lischka
Partner