Zrozumieć adsorpcję w systemach wodnych
Adsorpcja następuje, gdy cząstka przylgnie lub zwiąże się z powierzchnią, tworząc cienką warstwę. Rodzaj wiązania zależy od cząstki adsorbentu i podłoża, jednak zazwyczaj zjawisko zachodzi z powodu działania sił fizycznych bądź chemicznych lub przyciągania elektrostatycznego. Adsorpcja cząstek organicznych na powierzchniach takich jak membranowe systemy oczyszczania wody może spowodować pogorszenie efektywności membran i sprzyjać zanieczyszczeniom wywoływanym przez mikroorganizmy. W celu ograniczenia występowania tego zjawisko w systemach wodnych UE sfinansowała projekt ADSORPLAYERS (Adsorbed layers of natural organic macromolecules on solid substrates: Structure, interactions, and mechanisms of growth), którego zadaniem było określenie mechanizmu adsorpcji na różnych powierzchniach dużych cząstek organicznych, określanych polimerami. Zespół projektu ADSORPLAYERS przyjrzał się najpierw dobrze znanemu mechanizmowi, określanemu jako przyciąganie elektrostatyczne, w którym naładowane cząstki polimerów, określane jako polielektrolity, wiążą się z powierzchnią o przeciwnym ładunku. Badacze uznali to za wyjaśnienie sposobu adsorpcji na naładowanych ujemnie podłożach krzemionkowych chitosanu, obdarzonego ładunkiem dodatnim polimeru opartego na cukrze mającego wiele zastosowań przemysłowych i terapeutycznych. Co intrygujące, badacze odkryli, że sulfonian polistyrenu, obdarzony ładunkiem ujemnym polielektrolit o różnych zastosowaniach technicznych oraz medycznych, w obecności wielowartościowych przeciwjonów również ulega adsorpcji na ujemnie naładowanych powierzchniach krzemionkowych. Jest to więc alternatywny sposób adsorpcji polielelektrolitów na powierzchniach o takim samym ładunku. Ostatnim mechanizmem badanym w ramach projektu ADSORPLAYERS była adsorpcja w sytuacji braku przyciągania elektrostatycznego. W tym przypadku cząstki ulegają spontanicznej adsorpcji na powierzchniach w warunkach, w których przyciągające siły nieelektrostatyczne pokonują barierę przeciwdziałającą adsorpcji. Te warunki, jeśli mechanizm jest znany, można osiągnąć, regulując skład chemiczny roztworu. Badacze pracujący w ramach projektu ADSORPLAYERS wykorzystali tę wiedzę do wyjaśnienia wpływu wywieranego przez adsorpcję na procesy istotne z punktu widzenia środowiska. Obejmują one oddziaływanie humusowej materii organicznej z systemami oczyszczania wody i opartymi na żelazie nanocząsteczkami zaprojektowanymi do odkażania warstw wodonośnych. Wyniki zostały opublikowane w kilku renomowanych czasopismach naukowych. Zastosowanie wyników niesie ze sobą obietnicę zwiększenia skuteczności technologii zapewniających bezpieczną wodę.
Słowa kluczowe
Adsorpcja powierzchniowa, przyciąganie elektrostatyczne, cząstki organiczne, membrana, polimery
