MD Simulationen von Sorptionsprocessen an Bodenmaterialien

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.