Rozpustnost jako model sorpce

Materiály schopné zachytit na svůj povrch jiné látky se nazývají sorbenty a důležitost jejich výzkumu roste se vzrůstajícím znečištěním životního prostředí. Větší povrch sorbentu vede k vyšší sorpční účinnosti, což se projevuje zájmem vědecké obce o nanostrukturované sorbenty mající značnou plochu povrchu. Jednou z možností dalšího zvýšení sorpční účinnosti je povrchová modifikace sorbentu organickými molekulami vykazujícími vysokou afinitu k molekulám znečišťujících látek. Tento postup využili odborníci z Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, když povrchově modifikovali vrstvu SiO2 na magnetických nanočásticích oktadecylovými řetězci. Výsledný sorbent, kterým lze díky jeho magnetičnosti snadno manipulovat, úspěšně použili pro odstranění škodlivých molekul benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů (BTEX) z vody.

Syntéza, charakterizace a testování sorbentů jsou časově i finančně velmi nákladné. Pro návrh sorbentů je proto vhodné využít počítačové molekulární modelování, pomocí kterého lze levněji a za kratší čas určit sílu interakce mezi sorbentem a znečišťující látkou. Modelování bylo provedeno v Laboratoři molekulárního modelování a funkčních nanostruktur na Centru nanotechnologií patřícím do CEET na VŠB-Technické univerzitě Ostrava. Interakce BTEX se sorbentem ve vodě byla nejprve studována pomocí molekulární dynamiky. Tyto výpočty, ač kratší v porovnání s experimentem, jsou však stále příliš zdlouhavé. Výsledky sice souhlasily s experimentem, ale pro jejich získání bylo nutné postavit složité modely reálného systému, tj. sorbent–BTEX–voda.

S ohledem na navázání oktadecylových řetězců na povrchu sorbentu pouze jedním koncem, zatímco druhý konec řetězce je volný, připomíná vstup molekul BTEX mezi řetězce proces rozpouštění BTEX v oktadekanu. Jednoduché a rychlé výpočty rozpustnosti provedené na modelech obsahujících jeden oktadekan a jednu molekulu BTEX skutečně vedly k výsledkům shodným nejen s molekulární dynamikou, ale též s experimentem. Pohled na sorpci tohoto typu jako na rozpouštění je unikátní a tento výzkum jej přináší vůbec poprvé. Studie byla publikována v mezinárodním vědeckém časopise Surfaces and Interfaces.