Aktivní uhlí, pomocník při úpravě pitné vody

I když to zpočátku může vypadat jednoduše, vůbec tomu tak není. Jde o zdlouhavý a poměrně komplikovaný proces, který vyžaduje podrobný výzkum. Ke konkrétnímu testování vědci využili dvou typů aktivního uhlí, Picabiol (PIC) a Filtrasorb (FTL), přičemž testovali různé počáteční koncentrace, odlišné hodnoty pH i rozdílnou iontovou sílu (=součet všech elektricky nabitých částic v roztoku), aby následně zjistili konkrétní mechanismy vazeb molekul fyzikálními silami jednotlivých aminokyselin k povrchu adsorbentu.

Ukázalo se, že pro jednotlivé aminokyseliny existují různé adsorpční mechanismy, přičemž mezi hlavní ovlivňující faktory patří pH roztoku a typ použitého adsorbentu. Mezi nejčastější mechanismy adsorpce aminokyselin patří elektrostatické interakce (typ interakce mezi dvěma molekulami a jejich elektrostatickými poli), hydrofobní interakce (silnější přitažlivost mezi dvěma částicemi než interakce s molekulami vody) a vodíkové vazby (nekovalentní spojení dvou elektronegativních atomů sdílením atomu vodíku - resp. protonu).

Znečištění toků přebytkem živin (zejména N a P) způsobuje následně eutrofizaci vod.
Foto: Lucie Fraindová.

Adsorpce fenylalaninu probíhala velmi dobře za všech experimentálních podmínek, kdy se na adsorpci podílely především hydrofobní interakce. Rozdíly v adsorpční účinnosti při různých hodnotách pH pak byly pravděpodobně dány přispěním působení elektrostatických sil, a to především při pH 5. Nejvíce argininu bylo absorbováno pomocí elektrostatických interakcí při pH 9 na Picabiolu. Vysvětlením je působení přitažlivých elektrostatických sil mezi kladně nabitými molekulami argininu a záporně nabitým povrchem Picabiolu.

Naopak účinnost adsorpce kyseliny asparagové byla velmi nízká (pro FTL) a prakticky zanedbatelná u PIC. Důvodem je působení odpudivých elektrostatických sil a hydrofilní charakter molekuly aminokyseliny. 
U všech aminokyselin docházelo zároveň k poklesu adsorpce s rostoucí iontovou silou. 

Výsledky výzkumu mají zásadní význam, jelikož odstraňování nízkomolekulární složky sinicových a řasových produktů konvenční metodou (koagulace) je neúčinné, což způsobuje celou řadu problémů. Zejména při dezinfekci vody, kdy dochází ke vzniku vedlejších produktů, které byly prokázané za karcinogenní. Dalším problémem je také negativní kompetiční působení na adsorpci pesticidů, léčiv a dalších lidských produktů, tzv. mikropolutantů. Vzhledem ke zvyšující se eutrofizaci vod v posledních letech a jejím nepříznivým vlivem na kvalitu vodních zdrojů je téma více než aktuální. 

Cermakova, L., Kopecka, I., Pivokonsky, M., Pivokonska, L., Janda, V. (2017): Removal of cyanobacterial amino acids in water treatment by activated carbon adsorption. Separation and Purification Technology, 173, s. 330–338.

Kateřina FRAINDOVÁ