Adsorptionsprozesse im Boden - Brückenschlag zwischen den nano- und mikroskaligen Modellen
Abstract
Die Adsorption xeniobiotischer Substanzen an Bodenbestandteilen ist einer der wichtigsten Effekte, die bei der Beurteilung des Umweltrisikos derartiger Substanzen in Betracht gezogen werden müssen. Aufgrund der hohen Kosten der entsprechenden genormten experimentellen Testverfahren besteht diesbezüglich eine klare Nachfrage nach schnellen computergestützten Vorhersageverfahren. Diese könnten z.B. im Zuge der Substanzentwicklung in der agrochemischen Industrie eingesetzt werden oder aber von Regierungsstellen, die sich mit der Risikoneubewertung existierender Chemikalien befassen. In diesem Zusammenhang werden schon seit einiger Zeit sogenannte Quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (QSARs) untersucht, welche strukturbezogene Deskriptoren der betrachteten Stoffe mit experimentellen Ergebnissen korrelieren. Allerdings ist aufgrund der Komplexität der involvierten Effekte die Anwendbarkeit von QSARs oft auf den Substanzen im Trainingsset ähnliche Stoffe beschränkt. Im Gegensatz dazu wären Modelle, die auf mechanistischem Verständnis der relevanten Prozesse beruhen, wahrscheinlich weniger eingeschränkt. Allerdings ist zu ihrer Entwicklung nötig, Effekte auf mehreren Längenskalen – vom atomaren Bereich bis zum Mikrometermassstab – zu betrachten, verschiedene unterschiedliche chemische Umgebungen zu betrachten, und eine Reihe von theoretischen und auch experimentllen Methoden heranzuziehen. Im Laufe der letzten Jahre haben wir detaillierte quantenchemische Untersuchungen von typischen Wechselwirkungen zwischen Bodenbestandteilen (v.a. Tonmineralien) und ausgewählten organischen Molekülen durchgeführt. Ausserdem führten wir experimentelle Adsorptionsstudien von Pestiziden und organischen Modellsubstanzen an Böden durch, um den Einfluss der organischen Bodensubstanz auf den Adsorptionsprozess zu untersuchen. In diesem Projekt wollen wir nun Techniken zur Modellierung im Mikrobereich einführen und weiteren theoretischen und experimentellen Untersuchungen verknüpfen, um so einen integrierten Ansatz zur Modellierung von Adsorptionsprozessen an Böden zu entwickeln. Im Zuge der Untersuchung derartiger Mikrobereichsmodelle sollen Methoden auf verschiedenem Abstraktionsniveau – von rein theoretischen, statistisch-thermodynamischen bis hin zu mehr empirischen Ansätzen untersucht werden. Zusätzlich werden unsere quantenchemischen Arbeiten ausgeweitet und dabei z.B. Oberflächendefekte an Tonmineralien und Solventeinflüsse untersucht werden. Die weiteren experimentellen Studien schließlich werden sich primär mit den individuellen Beiträgen verschiedener Wechselwirkungsarten zur Gesamtbindungsstärke befassen. Insgesamt zielen wir darauf ab, durch enge Verknüpfung dieser Arbeiten und Kombination der erhaltenen Ergebnisse ein detailliertes und fundiertes Verständnis der Adsorption an Böden zu erarbeiten, und dadurch schließlich die Entwicklung von verbesserten Vorhersagemethoden zu ermöglichen.
Adsorption organische Schadstoffe Molekülmodellierung Boden
Publikationen
Ab initio molecular dynamics of clay mineral surfaces and interfaces.
Autoren: Tunega, D., Lischka, H., Gerzabek, M.H. Jahr: 2005
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Soil characteristics governing adsorption properties – experimental evidence versus molecular modelling
Autoren: Gerzabek, M.H., Aquino, A., Haberhhauer, G., Kirchmann, H., Klepsch, S., Lair, G.J., Novoszad, M., Tunega, D., Winkler, P., Lischka, H. Jahr: 2005
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Modeling of the surface of the mineral goethite
Autoren: Aquino, A.J.A., Tunega, D., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2005
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Modelling the adsorption of naphthalene-derivatives on clay mineral surfaces
Autoren: Winkler, P; Tunega, D; Novoszad, M; Gerzabek, M H Jahr: 2006
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
How are soil use and management reflected by soil organic matter characteristics: a spectroscopic approach
Autoren: Gerzabek, M.H., Antil, R.S., Kögel-Knabner, I., Knicker, H., Kirchmann, H., Haberhauer, G. Jahr: 2006
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Quantum chemical adsorption studies on the (110) surface of the mineral goethite
Autoren: Aquino, A.J.A., Tunega, D., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2007
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Ab initio calculations of relative stabilities of different structural arrangements in dioctahedral phyllosilicates
Autoren: Tunega, D., Goodman, B., Haberhauer, G., Reichenauer, T.G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2007
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Formation of 2,4-D complexes on montmorillonites - an ab initio molecular dynamics study
Autoren: Tunega, D., Gerzabek, M.H., Haberhauer, G., Lischka, H. Jahr: 2007
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Interaction of the 2,4-dichlorophenoxyacetic acid herbicide with soil organic matter moieties – a theoretical study
Autoren: Aquino, A. J. A., Tunega, D., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2007
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
The thermodynamic stability of hydrogen bonded and cation bridged complexes of humic acid models - A theroretical study
Autoren: Aquino, A.J.A, Tunega, D., Pasalic, H., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2008
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Sorption of organic compounds in soil: modifications by their molecular characteristics and the soil solution
Autoren: Haas, U., W. Friesl-Hanl, M.H. Gerzabek, G. Haberhauer Jahr: 2008
PUBLIZIERTER Beitrag für wissenschaftliche Veranstaltung
Hydrogen bonds and solvent effects in soil processes: a theoretical view
Autoren: Tunega, D., Aquino, A.J.A., Haberhauer, G., Gerzabek, M.H., Lischka, H. Jahr: 2008
Originalbeitrag in Sammelwerk
Molecular modelling in soil research
Autoren: Gerzabek, MH; Haberhauer, G; Totsche, KU; Tunega, D Jahr: 2007
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
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
01.04.2005 - 31.03.2008
Adelia Aquino
Dr. Adelia Aquino
adelia.aquino@boku.ac.at
Projektmitarbeiter*in
01.04.2005 - 31.03.2008
BOKU Partner
Externe Partner
ARC Seibersdorf research GmbH, Biogenetics - Natural Resources, Abteilung Umweltforschung
Univ.-Doz.Dr. Georg Haberhauer
Koordinator
Universität Wien, Institut für Theoretische Chemie und Molekulare Strukturbiologie
Univ.-Prof. Dr. Hans Lischka
Partner