典型有机污染物迁移转化基本物性计算

发布时间：2020-10-27 01:05

　　 环境污染物数量巨大且种类繁多,进入环境中的污染物还可通过空气、水、土壤、沉积物以及其他环境介质进行迁移转化,部分有毒有害的环境污染物对生态环境和人体健康造成严重威胁。污染物在各种环境介质中的迁移转化受其基本物性的影响较大,比如理想气体热容,蒸汽压和蒸发焓等性质对污染物的挥发甚至远距离迁移都有重要影响;同时,这些物质还可能与大气环境中的自由基比如羟基自由基和硝基自由基等发生二次反应,其中相关反应速率常数将直接影响污染物的去除或者次生污染物的产生。定量构效关系(QSPR)是利用有机物的分子结构作为变量,计算预测有机物生物活性或者物质性质的理论方法,该方法在药物分子设计和环境生态评价等领域已发挥重要作用。本研究利用QSPR方法对有机污染物的理想气体定压热容、蒸发焓以及污染物与N03自由基的反应速率常数进行定量研究,课题研究结果对于污染物的迁移转化过程,环境生态评价以及有机物的安全使用都具有重要指导意义。本研究根据有机物分子结构,提出了几个新的描述符,并利用多元线性回归的方法建立QSPR模型。为了分析模型的稳健性和预测能力,利用交叉验证、Y随机验证、外部验证、平均绝对误差和应用域等方法进行了模型验证。主要研究结果为:[1]有机污染物理想气体定压热容的计算。针对理想气体定压热容,提出了系列范数描述符,建立了 QSPR模型,计算了 114种有机污染物的理想气体定压热容。研究结果表明,本工作建立的模型可以有效用于理想气体定压热容的计算,模型计算值与实验值符合良好,整体模型的相关系数R2为0.997,训练集和测试集的相关系数R2分别为0.998和0.997,留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.997,验证结果表明模型具有较好的准确性和稳定性,并具有较宽的应用域。[2]有机污染物蒸发焓的计算。利用上述方法对有机污染物的蒸发焓建立模型,并对471个典型环境有机污染物的蒸发焓进行计算。研究结果表明,本工作建立的模型可以有效用于有机物蒸发焓的计算,该模型整体相关系数R2为0.933,训练集和测试集相关系数R2分别为0.929和0.947,留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.929。[3]有机污染物与NO3自由基的反应速率常数的计算。针对有机污染物与NO3自由基的反应速率常数建立模型,并对180个典型环境有机污染物的与NO3自由基的反应速率常数进行计算。研究结果表明,本工作建立的模型可以有效用于有机物NO3自由基的反应速率常数的计算,该模型整体回归的相关系数R2为0.839,训练集和测试集相关系数R2分别为0.844和0.779,留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.662(Q2大于0.5均为有效)。本研究利用QSPR方法对有机污染物的三个物性参数进行了建模计算,研究结果表明,本工作基于分子结构构建的描述符,可能是对有机物分子结构的本质反映,据此建立的模型对有机物的宏观属性有较好的描述,因此,本方法具有广义性和通用性。
【学位单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X131
【部分图文】：

应该指出，我们的方法可以预测到５０Ｋ的气体热容，而目前的基团贡献方??法只能达到２９８Ｋ。这是我们工作中的最大优势。因此，为了更详细地解释这一优势，??我们提供了图２－２和图２－３。图２－２展示了该模型在低温下的气体热容量值与计算值之??间的相对误差，即５０Ｋ、１００Ｋ、１５０Ｋ、２００Ｋ和２７３．１５Ｋ。图２－３为低温下以兄Ｄ分??布。??结果如图２－２和图２－３所示，大部分相对误差分别位于－０．１５和０．１５之间。特别是??在温度为５０Ｋ的情况下，大约９６．９％的化合物在相对误差范围内［－０．１５，?＋０．１５］，大约??８０．２％的化合物在相对误差范围内［－０．１，＋０．１］。同时，随着温度的升高，相对误差也??明显减小，可能的原因是测量和计算过程的难度在较低的温度下会升高，因此测量的??准确性可能会降低。上述结果进一步证明，该模型可用于在较低温度下，在较宽的温??度范围内预测气体的热容。??３３??

?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??Ｔ／Ｋ??图２－２低温下理想气体热容计算值与理想气体热容实验值的相对误差??Ｆｉｇ．?２－２?Ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｅｒｒｏｒｓ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ?ｈｅａｔ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｏｆ?ｇａｓ?ａｎｄ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｖａｌｕｅｓ?ｂｙ?ｔｈｉｓ?ｍｏｄｅｌ??ａｔ?ｌｏｗ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??画??５０?１００?１５０?２００?２７３．１５??Ｔ／Ｋ??图２－３低温下模型的平均相对误差??Ｆｉｇ．?２－３?Ａｖｅｒａｇｅ?ａｂｓｏｌｕｔｅ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｅｒｒｏｒｓ?ａｔ?ｌｏｗ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??２．３．２十折法交叉验证??十折法交叉验证（Ｌｅａｖｅ－ｔｅｎ－ｏｕｔ?ｃｒｏｓｓ－ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ，?ＬＯＯ?ＣＶ）是多折交叉验证的一个??特殊形式。十折法交叉验证的方法为：从数据集中每次取出十分之一实验值数据作为??验证集，其它的实验值数据作为训练集，也就是说，个数为Ｎ的原始数据样本就被划??分十次进行验证，然后平均十次的相关系数平方（这ＴＯ），从而得到模型的内部验证结??３４??

?果。??本工作使用这个方法对模型的稳定性和预测能力进行评估［５１］。图２－４是十折法交??叉验证得到的预测值和实验值的散点图，从这个图上可以看出实验值和预测值有比较??好的相关性（ｇ。。为０．９９７６），证明这个范数指数的模型有比较好的预测能力和稳定??性［气??１２００?Ｉ?ｉ?■?：?ｉ?ｉ?７??？誦?＾??｜?８００??６００?■?：ｖ＾＾ｒ?－??ｆｃ?４００?－?－??１?＾??＾?２〇〇?－?－???＇?＇?１?１?１???０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００??Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ?Ｃｐ（Ｊ／（ｍｏｌ－Ｋ））??图２－４十折法所得预测值和实验值的散点图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｐｌｏｔ?ｏｆ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?Ｃｐ?ｂｙ?ＬＴＯ?ｃｒｏｓｓ－ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?Ｃｐ??此外，在本章研宄中还采用五折交叉验证方法进行了验证，其良好的结果??（ｇ＾Ｏ．９９７６）进一步提示了模型的预测能力。此外，图２－５是十折交叉验证的相对??误差（兄Ｅ）分布、五折交叉验证的相对误差（及幻分布和Ｅｑ．（２－１０）模型的计算值分布。??图２－５表明十折交叉验证的相对误差分布、五折交叉验证的相对误差（ｉ？￡）分布和??Ｅｑ．（２－１０）模型的计算值分布相似，这进一步证明该模型是准确和稳定的。??３５??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 魏中文;;环境有机污染物检测技术及其应用[J];绿色科技;2019年04期

2 ;我国降解有机污染物研究获得重大突破[J];安庆科技;2006年01期

3 陈英;张泽铭;顾海东;;环境有机污染物监测发展趋势[J];化工设计通讯;2017年11期

4 张文超;李喆;;环境有机污染物检测技术策略研究[J];资源节约与环保;2018年04期

5 侯抗抗;陆光华;覃冬荭;杨皓涵;董慧科;;含氮有机污染物在环境介质中的迁移转化及影响因素分析[J];四川环境;2016年06期

6 杨沫;田鹏;黄涛;;有机污染物方法处理研究[J];山东化工;2017年04期

7 郭新宇;;大气中有机污染物采集及分析注意事项特点浅析[J];资源节约与环保;2016年06期

8 ;2015年第10期“读刊有奖”答案[J];基层农技推广;2015年11期

9 李明丽;;冉勇:探微观世界 守一方净土[J];科学中国人;2017年04期

10 刘鹍鹏;;土壤有机污染物的分析技术初探[J];城市地理;2017年12期

相关博士学位论文 前10条

1 吴翔;典型土壤有机污染物赋存形态及影响因素[D];浙江大学;2018年

2 宋浩然;电活化过硫酸盐降解典型有机污染物效能与作用机制[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 王琳;[D];昆明理工大学;2017年

4 杨坤;表面活性剂对有机污染物在土壤/沉积物上吸附行为的调控机制[D];浙江大学;2004年

5 吴继法;典型有机污染物胁迫对鲈鱼生物标志物系统影响的研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2005年

6 董玉瑛;水体中典型有机污染物的分析和生态效应研究[D];南京大学;2000年

7 王晓栋;部分典型有机污染物的结构—活性关系[D];南京大学;2002年

8 宋立岩;仿生脂肪吸溶材料制备及对水体中疏水性有机污染物去除的研究[D];同济大学;2006年

9 崔秀君;部分有机污染物构效关系的研究[D];东北师范大学;2006年

10 郝小龙;高压脉冲等离子体放电技术催化降解有机污染物的研究[D];浙江大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 尹京晨;典型有机污染物迁移转化基本物性计算[D];天津科技大学;2018年

2 殷岑;微塑料和有机污染物对水生生物的联合毒性效应研究[D];南京理工大学;2018年

3 屈泽鹏;碳量子点复合半导体光催化剂的制备及在可见光下照射下降解有机污染物同时制氢的研究[D];辽宁大学;2018年

4 宋宏博;碘化氧铋复合材料的制备及对有机污染物光降解性能研究[D];吉林大学;2018年

5 雷蕾;金属氧化物修饰石墨碳毡电极阳极氧化有机污染物的性能与机理研究[D];合肥工业大学;2018年

6 李朝碧;基于石墨相碳材料光敏氧化的水体有机污染物去除技术[D];成都理工大学;2018年

7 蔡晓慧;g-C_3N_4/rGO、MOF/wood复合材料的设计、合成及其应用研究[D];兰州大学;2018年

8 王卓;垃圾填埋场地下水有机污染物与胶体的协同迁移机制及其模拟预测研究[D];吉林大学;2018年

9 孙玉超;EK-PRB修复菲和2,4,6-三氯苯酚污染土壤的研究[D];江南大学;2018年

10 王磊;大气中有机污染物分析测试方法集成研究[D];华北电力大学;2018年

本文编号：2857786