电场法分解DNTF炸药废水的理论研究

发布时间：2020-11-12 18:45

　　 近几年含能材料需求量的增加导致广泛生产和大力发展,进而产生了大量的炸药废水。TNT、HMX和CL-20等一些常见类炸药废水的处理方法相继发展,但是有关DNTF炸药废水处理方法鲜见研究。运用电解法去除废水中的有毒有害物质的技术已然发展成熟,加入电场处理废水的研究也有先例,本文在参阅大量文献的基础上,发现优化后的稳定复合物在加入电场的作用时,电离出的自由基独立性很强,很难与其他自由基进行组合反应,由此提出了在微观层次上利用电场的作用诱导反应物分解生成自由基,减少自由基重组几率,从而消除废水中的污染物。从而对DNTF炸药废水进行量子化学微观理论研究,通过运用理论计算分析微观分子的结构性能、分子间相互作用和相互碰撞反应等问题,揭示了化学相关问题的本质,具有深远的理论意义和实践价值。本文运用量子化学的方法研究了DNTF单体、DNTF???Na~+、DNTF???Cl~-和3,4-DNTF???H_2O复合物分子间相互作用,并分析了各复合物之间的协同效应。其次研究了Cl~-???DNTF???H_2O复合物在M062X/6-311G(2d,p)水平上时O-H???O,O-H???N氢键以及Cl~-???C、Cl~-???O和Cl~-???N相互作用,并通过AIM和RDG方法分析二聚体和三聚体之间形成氢键和卤键时的相互作用。并建立分子间距离△R(三聚体与二聚体分子间距离之差)与△ρ(三聚体▽2ρ与二聚体▽2ρ之差)之间的线性关系。最后运用自然键轨道分析方法论证了DNTF分子中的O、C、N的孤对电子向Cl26转移的电子情况。进而分析复合物之间的弱相互作用。然后研究了Na~+???DNTF???H_2O复合物在M062X6-311G(2d,p)水平上时O-H???O,O-H???N氢键以及Na~+???C、Na~+???O和Na~+???N相互作用的协同效应,AIM和RDG分析二聚体和三聚体之间的弱相互作用和协同效应。并运用自然键轨道分析方法论证了DNTF分子中的O、C、N的孤对电子向Na26转移电子的情况和弱相互作用。最后在M062X6-311++G(2d,p)水平上研究了DNTF单体、DNTF???Na~+、DNTF???Cl~-和DNTF???H_2O复合物的反应机理,并通过反应内禀反应坐标(IRC)法确定了过渡态的真实性。然后在引发键N-O施加不同大小方向的电场。进而探究施加电场的大小对反应第一步裂解所需活化能和反应速率常数的影响,进一步确定最佳电场值。研究发现,通过加入电场诱导自由基的形成,使自由基和小分子很难再聚合生成反应物,随着附加电场大小的变化,总结出电场影响活化能的特点及规律,发现随着生成过渡态时的活化能的变小,从反应物过度到活化分子所需的能量越小,反应更容易进行,为运用电场法处理炸药废水所需附加的电场大小提供理论指导。从微观层次方面看,本课题采用的方法能量利用率高、简单易操作,没有产生二次污染等,具有广阔的应用前景。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X789
【部分图文】：

ClˉDNTFHORDG/(a.u.)与Sign(λ2(r))ρ(r)/(a.u.)的散图与填色等值面图

Ⅱ图 2.6 Clˉ DNTF RDG/(a.u.)与 Sign(λ2(r))ρ(r)/(a.u.)的散图与填色等值面图NBO 分析复合物Ⅰ-1 中，DNTF 硝基上的 O18 原子的孤对电子向 H2O 上的 O23-H2，使其二阶微扰能降低 2.08 kcal/mol，DNTF 向 H2O 转移电子数为 0.00655孤对电子向 DNTF 上的 N6-C10π反键转移时，使其二阶微扰能降低 1.94 k原子的孤对电子向 DNTF 上的 N8-C9π反键转移时，使其二阶微扰能降低ol；Cl26 原子的孤对电子向 DNTF 上的 N16-O17π反键转移时，使其二阶2.25 kcal/mol；通过以上 3 种转移形式：Cl26 向 DNTF 转移电子数为 0.130复合物Ⅰ-2 中，Cl26 原子的孤对电子向 DNTF 上的 N3-C4π反键转移时，使降低 4.31 kcal/mol；Cl26 原子的孤对电子向 DNTF 上的 N1-C5π反键转移

Ⅵ-2图 3.1 M062X/6-311G(2d, p)方法水平3.4.2 相互作用能和协同效应在M062X/6-311G(2d,p)和MP2/6-311G(2d用能见表 6.2。 从表 3.1 可以看出，E′int.(DN上的相互作用能小。E′int.(DNTF Na+)则相反。和 E′int.(DNTF Na+)的值比相应的二聚体 DN作用能大。因此在Ⅰ-1 和Ⅳ-1 中发生了正协同Ⅴ-2、Ⅴ-4 中，两种方法水平计算得到 E′int.((应二聚体 Eint.(DNTF H2O)与 Eint.(Na+ DNT的值低于相同水平上相应的二聚体中 Eint.(Na+
【参考文献】

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本文编号：2881100