Jak odstranit léčiva z vod? Model HARMONIA odhaluje klíčovou roli pH pro jejich odstranění

Znečištění vodního prostředí farmaky a dalšími mikropolutanty představuje rostoucí ekologický problém, na který konvenční čistírny odpadních vod často nestačí. Slibnou, levnou a udržitelnou alternativou pro terciární dočišťování je adsorpce pomocí biocharu. Přestože je tento uhlíkatý materiál vysoce účinný, dosavadní modelování jeho adsorpční kinetiky se spoléhalo především na zjednodušené empirické modely (např. pseudo-prvního či pseudo-druhého řádu). Ty ovšem postrádají fyzikální základ a nedokážou spolehlivě předpovídat chování systému při reálných, proměnlivých podmínkách. Výzkumný tým z našeho ústavu (Martina Dlasková, Pavel Dytrych a kolektiv) proto v nové studii představil inovativní mechanistický model nazvaný HARMONIA, který tyto limitace překonává. Nový matematický rámec přímo propojuje rychlost adsorpce s povrchovou chemií biouhlu, která je silně závislá na pH, a se speciací samotných polutantů.

Aby model vycházel z reálných fyzikálně-chemických parametrů a nešlo jen o matematické prokládání dat, využili vědci pokročilé instrumentální techniky. Pomocí Ramanovy spektroskopie a FTIR přesně kvantifikovali podíly aromatických a kyslíkatých funkčních skupin na povrchu materiálu. Výsledky experimentů se čtyřmi běžnými léčivy (paracetamol, diklofenak, tramadol a sulfamethoxazol) odhalily zásadní vliv pH na mechanismus jejich záchytu. Zatímco v kyselém prostředí ve většině případech dominuje velmi rychlá elektrostatická přitažlivost, v alkalickém režimu dochází k silnému elektrostatickému odpuzování. Adsorpce je v takovém případě nucena probíhat mnohem pomaleji, difuzí limitovanou cestou přes hydrofobní aromatické struktury biouhlu. Model HARMONIA dokáže tuto kinetickou bifurkaci přesně popsat a statisticky překonává tradiční modely, které v těchto složitých podmínkách selhávají. Model navíc úspěšně predikuje i kompetitivní odstraňování látek ve vícesložkových směsích bez nutnosti přenastavování parametrů. Tato práce tak poskytuje vysoce přenositelný inženýrský nástroj pro optimalizaci kontaktních časů v reálných čistírenských technologiích, kde dochází k častým výkyvům pH a složení odpadních vod.

• Dlasková M., Dytrych P., Fajgar R., Spáčilová M., Jandová V., Šolcová O.: pH-mediated adsorption of pharmaceuticals by biochar: Correlation between experiment and theory. Results Eng. 2026, 109930. doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109930