典型炸药与羟基自由基降解反应分子机制的理论研究

发布时间：2021-11-07 13:20

　　硝基芳香族炸药,例如2,4,6-三硝基甲苯（TNT）、2,4-二硝基甲苯（DNT）、2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）,是在军事和民用上运用广泛的含能化合物。但是硝基芳香族炸药具有较大的毒性,是一类能够引起中毒性肝病、白内障、贫血、并有致畸、致癌等远期危害的氧化应激性毒物。因此,对于此类炸药的降解处理一直都是热点问题。其中,高级氧化技术（AOPs）是一种处理硝基芳香族炸药相对简单高效的降解方法,其核心是利用各种化学方法生成高活性的羟基自由基（·OH）,而羟基自由基能够无选择性地不断进攻炸药分子,直至将其降解为简单小分子。近年来,人们对高级氧化技术降解TNT进行了大量的研究。但是,这些研究主要关注不同实验条件对降解效果的影响,而对降解反应分子机制却了解较少。由于自由基异常活泼,在实验中难以捕捉观测。因此,运用计算化学方法,可以有效地对这些炸药的羟基自由基降解反应机制进行深入探索。本研究运用密度泛函理论（DFT）和在SMD（Pauling）/M06-2X/6-311+G*水平下完成了自由基降解环境中TNT、DNT和DNAN的分子反应路径的理论计算。通过计算结果和实验数据相结合,本文得出羟基自... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

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【部分图文】：

TNT、DNT以及DNAN的分子结构及静电势图

图 1.2 碱性水解反应通道示意图1.1.3 生物降解法好氧生物法：好氧生物法是在有氧情况下，利用好氧微生物处理废水中的 TNT的方法。在处理过程中，细菌在胞内酶的作用下，通过氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，释放出细菌生长、活动所需要的能量，同时部分有机物合成为新的原生质，作为细菌生长、繁殖的营养物质。由于 TNT 具有稳定的三取代结构，需要先进行还原代谢。一般的好氧菌通过转化一个或两个硝基为羟氨基或氨基以及其异构体。但是这些化合物通常堆积在基质中，不再有进一步的代谢。而且只有少部分好氧菌能够将 TNT 作为碳源或氮源。要消除硝基则要减少 TNT的亲电性，并允许双加氧酶用二或单硝基芳族化合物作为合适的底物。硝基芳香族化合物的部分还原羟胺衍生物是生物代谢途径的关键。能对 TNT 进行降解的好氧菌中各类表 1.2 所示。表 1.2 好氧菌种与相应代谢产物

北京理工大学硕士学位论文 化的过程，最终将硝基还原为氨基。需要说明的是，2-氨基二硝基甲苯还是 4-氨基二硝基甲苯的生成取决于质子化发生在 C2 位还是 C4 位。无论是好氧菌、厌氧菌还是真菌，其降解 TNT 的过程中，都存在硝基还原的过程，并且都占主导位置。但是大多数微生物无法进一步降解氨基硝基甲苯。因此在微生物降解 TNT 的过程中，可以检测到大量积累的氨基硝基甲苯的异构体。

【参考文献】：
期刊论文
[1]炸药废水处理的高级氧化技术[J]. 吴耀国,焦剑,赵大为,范晓东.  含能材料. 2003(03)
[2]膜萃取法在TNT废水处理中的应用[J]. 郝艳霞,李健生,王连军,陆路德.  南京理工大学学报(自然科学版). 2001(05)

硕士论文
[1]Escherichia coli厌氧降解TNT的研究[D]. 陈琛.大连理工大学 2008



本文编号：3481927