Hazardous persistent organic pollutants (POPs) can reach the soil and bind to its constituents especially soil organic matter (SOM). Binding of hexachlorobenzene (HCB), one POP, to SOM was studied via adsorption experiments and theoretical modelling. Modification of soil samples by a controlled change of the SOM chemical composition was achieved as a first step for adsorption studies. Adsorption studies of HCB on the different well-characterized soil samples were performed. Based on the adsorption data and the SOM characterization it was suggested that the alkylated aromatic, phenol, and lignin monomer compounds in soil samples dominate the adsorption process. To obtain a molecular-level understanding, a SOM model containing 32 representative soil constituents was developed. Interaction of these soil constituents with HCB was studied by calculating the binding energy between each soil constituent and HCB using different quantum-mechanical methods and molecular dynamics simulations. All these methods showed that HCB binds to SOM stronger than to soil mineral. Within SOM, HCB binds to alkylated aromatic, phenols, lignin monomers, and hydrophobic aliphatic compounds stronger than to polar aliphatic compounds in agreement with the experimental data. Moreover, through quantitative structure activity relationship (QSAR) it was found that the most vital physical properties controlling this interaction are polarizability, molar volume, and charges of C atoms of the representative soil constituent.
Gefährliche langlebige organische Schadstoffe (POPs) können im Boden insbesondere an den organischen Bodensubstanzen (SOM) gebunden werden. Die Bindung von Hexachlorbenzol (HCB), ein POP, an SOM wurde durch Adsorptionsexperimente und theoretische Modellierung untersucht. Dazu wurden zunächst Bodenproben in ihrer chemischen Zusammensetzung gezielt verändert und anschließend mit verschiedenen Methoden charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurde die Adsorption von HCB an diesen Problen untersucht. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse konnte geschlussfolgert werden, dass alkylierte aromatische Phenole und Lignin-Monomer-Verbindungen in Bodenproben die Adsorption dominieren. Um ein Verständnis auf molekularer Ebene zu erhalten, wurde eine SOM-Modell mit 32 repräsentativen Verbindungen des Bodens entwickelt. Die Wechselwirkung dieser Verbindungen mit HCB wurde durch Berechnung der Bindungsenergie auf der Grundlage verschiedener quantenmechanischer Methoden und Molekulardynamik-Simulationen untersucht. Alle diese Methoden haben gezeigt, dass HCB an SOM stärker bindet als an mineralische Verbindungen. Innerhalb der SOM Gruppe bindet HCB an alkylierten aromatischen Phenolen, Lignin-Monomeren und hydrophoben aliphatische Verbindungen stärker als an polare aliphatische Verbindungen, was mit den experimentellen Daten übereinstimmt. Darüber hinaus wurden durch die Etablierung quantitativer Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (QSAR) festgestellt, dass die wichtigsten physikalischen Eigenschaften, die diese Wechselwirkung steuern, die Polarisierbarkeit, das Molvolumen und die Ladungen der C-Atome sind.