Moleküldynamik Simulationen von Sorptionsprozessen an Bodenmaterialien

Description: Interaktionen von organischen Stoffen mit Bodenmaterial spielen in vielen umweltrelevanten Prozessen eine grosse Rolle. Die Adsorption im Boden beeinflusst die Mobilitaet und Abbaubarkeit von organischen Schadstoffen. Die Zugaenglichkeit 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 repraesentativer Model und Modelszenarien erforderlich. Im Rahmen dieses Projektes moechten wir zwei wichtige Aspekte der Interaktion organischer Substanzen mit Boden mittels theoretischer Methoden auf molekularer Ebene betrachten. Erstens sollen die Interaktionen ausgewaehlter organischer Substanzen an Tonoberflaechen untersucht werden. Ausgehend von den Ergebnissen des vorhergehenden Projektes wollen wir komplexere und daher auch realistischere Szenarien betrachten. Im speziellen sollen die Interaktionen von ausgewaehlten Pestiziden, typischen Huminstofffragmenten und solvatisierten Kationen (z.B. K+, Mg2+, Ca2+) an Tonoberflaechen untersucht werden. Die Anwendung von Methoden der Molekueldynamik soll es erlauben thermodynamische Parameter zu berechnen und den moeglichen 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 Funktionalitaet. Mit Hilfe von Molekuel Dynamik Simulationen sollen auch hier Unterschiede in der freien Enthalpie zwischen unterschiedlichen Interaktionsmechanismen herausgearbeitet werden. Insbesondere sollen die Stabilitaeten 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 abzuschaetzen in welchem Verhaeltnis ausgewaehlte Pestizide im sorbierter bzw. freien Zustand vorliegen koennen. Beide Teile des Projektes werden wichtige und fundamentale Informationen ueber moegliche Beitraege unterschiedlicher Interaktionen zur Sorption von organischen Substanzen an Bodenmaterialien liefern. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen den Verbleib und das Verhalten von organischen Molekuelen in der Umwelt besser zu verstehen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Schädlingsbekämpfungsmittel ? Pestizid ? Kalium ? Magnesium ? Calcium ? Bodenchemie ? Huminstoff ? Humus ? Kombinationswirkung ? Adsorption ? Lipophiler Stoff ? Organisches Material ? Szenario ? Organische Verbindung ? Abbaubarkeit ? Bodenart ? Bodenqualität ? Geoakkumulation ? Organischer Schadstoff ? Schadstoffabbau ? Schadstoffausbreitung ? Simulation ? Sorption ? Bodenschadstoff ? Modellierung ? Kenngröße ? Schadstoffverhalten ? Stofftransport ? Thermodynamik ? Huminstoffmodel ? Molekülstruktur ? Reaktionsmechanismus ? Reaktionsmodell ? Schadstoffverbleib ? Ton [Mineral] ? Enthalpie ? Hydrat ? Hydrophiler-Stoff ? Interaktionsanalyse ? Ionen ? Kationen ? Moleküldynamik ?

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• ARC Seibersdorf research GmbH (Mitwirkende)
• Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität Wien, Institut für Theoretische Chemie und Molekulare Strukturbiologie (Mitwirkende)
• Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenforschung (Betreiber*in)

Time ranges: 2001-12-01 - 2004-12-01

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Molecular dynamics simulations of sorption processes on soil matrices
  Description: The interaction of soil material with organic compounds controls many important environmental processes. Adsorption on soil material is one of the key factors that determine the mobility and the availability for biotransformation of organic solutes in the subsurface. The accessibility to and the number of sorption sites on minerals and organic matter are important factors, which influence the transport of pollutants in soil. Soil is composed of inorganic and organic substances. A mixture of organic (humic substances) and inorganic material (minerals) makes up the skeletal framework of soils. Representative model situations have to be constructed which can be treated with present computational techniques. Within the frame of this project we want to focus on two major aspects. One is the interaction of clay mineral surfaces with organic compounds in soil. We want to extend our studies to more complex and thus more realistic situations. In particular we want to study the interactions of pesticides, typical fragments of humic acids and solvated cations (e.g. K+, Mg2+, Ca2+) on clay surfaces. We want to apply molecular dynamics methods for the appropriate description of this large variety of molecular arrangements. These calculations allow the evaluation of dynamical properties of adsorption processes, in particular concerning pesticides. The interaction of the pesticide with the clay surface can be compared with the interactions between pesticides and humic substances, which allow the estimation of the distribution of pesticides between adsorption on the clay surface, of binding to humic substances or of being in a mobile status in the soil solution. The second part of the project aims at a detailed description of humic substances and their interactions with organic compounds. First, we want to extend our work on the interaction of HS models, which consist of series of organic functional moieties, and will investigate the influence of different external environments (aqueous or lipophilic) on the thermodynamic stability of the sorption. Therefore, free energy calculations will be conducted applying different dielectric constants. Second, the inclusion of a simple lipohilic HS model and water to the functional model part will give a more realistic representation of the system. The outcome of such simulations will allow us to estimate the distribution of a selected pesticide between a free state and an adsorbed state within the HS model. Both parts of the project will supply valuable and fundamental insights in sorption processes within soil matrixes, which can be used for a better understanding and better interpretation of experimental data on the fate and behaviour of organic compounds within the environment. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1000403

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  http://www.wabo.boku.ac.at/H911_projekt.html?project_id=4404&lang=de&L=0 (Webseite)

Status

Aktiv

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