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硫酸根自由基在水体中降解蒽以及在大气中对异戊二烯氧化作用的理论研究

发布时间:2021-10-13 01:58
  硫酸根自由基(SO4·-)在环境化学中有着重要作用,它具有较高的氧化还原电位和活性,在污水处理中能够作为强氧化剂对水体中的污染物质进行降解;另外在大气环境中,它除了能够降解大气中的有机污染物质外,还会与一些可挥发性有机污染物(VOCs)反应生成有机硫酸酯,促进大气中二次有机气溶胶(SOA)的生成。目前对于S04·-在理论和实验上的研究已经有很多。蒽(ANT)是一种呈直线排列的含有三个苯环的多环芳烃(PAHs),它广泛存在于环境中,且具有生物积累性,会对人体健康造成不良影响,目前已被美国环保署列为16种优先控制的污染物之一。因此研究蒽的具体降解机理对于蒽甚至是多环芳烃类污染物质今后的降解有着至关重要的影响。异戊二烯是大气中最丰富的VOCs之一,异戊二烯具有两个双键的特点使得它极易与大气中的氧化物反应。异戊二烯难溶于水,但仍有少量可以溶解于大气液相系统中,成为液相二次有机气溶胶的重要来源。一些溶解在液相中的异戊二烯能够与SO4·-反应产生含有五个碳的有机硫酸酯。本文基于量子化学理论,利用密度泛函理论(DFT)的方法,在M06-2X/6-311++G(d,p)//M06-2X/6-311++... 

【文章来源】:山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:81 页

【学位级别】:硕士

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硫酸根自由基在水体中降解蒽以及在大气中对异戊二烯氧化作用的理论研究


图1-1水体pH对S〇4一和*〇H的浓度的影响(图片来自Fang等人t14])??

路径图,路径图,复合物


?山东大学硕士学位论文???5?10?4?5?U)?4?5?10?4?5?|〇?4??ANT?|MI?9-anthrol?AO??|S〇7???OH??,%?r?L?ivu??,M6?IM5??SO;-?*Hp?OH??:你;??〇?〇?O?II?OH?O?OH??JM8?丨-hATQ?1M10?1.4-dhATQ??图2-1?ANT与S04-和?0?的反应路径图??§2.3.1蒽与S〇4._的反应??图2-2显示了?ANT及其后续产物(ATQ、1-hATQ和1,4-dhATQ)与S〇4■"反??应的自由能能垒剖面图,同时在图上画出了?ANT以及各个过渡态优化好的几何??构型。为了方便对实验结果进行描述,我们对ANT的碳原子进行编号并标注在??图2-1和2-2的ANT构型图中。其他物质的几何构型如附录图2-1所示。由于苯??环的性质,ANT可以与S〇4一在多个位点发生反应,ANT结构具有对称性,因此??本研宄中只需要考虑S?厂在ANT的Cl、C2和C9位点发生的反应,从而来选??取最适宜发生反应的位点进行后续反应。当水分子存在时,sor能够抽取水分子??上的一个H原子,同时剩下的OH基团加成到ANT的三个不同位点,在反应过??程中首先S〇4一和水分子能够形成一个稳定的复合物sor?H20,这个复合物的??吉布斯自由能比S〇4一和H20自由能总和高3.22?kcal?mor1,这主要是由于熵的??影响。然后该复合物又会与ANT在Cl,C2和C9位点分别形成反应前的复合物??(pre-reactivecomplex)?1-C1-1/2-C1-1/C1-1。反应前复合物转化为

剖面图,理论水平,过渡态,自由能


?VVV'??1-TS1? ̄1-TSI ̄?2-TS1??!?1.^>??"%?-〇?5:f9??=?4你?|??1?-'-'■?1-0-1?八??^?0.00?ANT?+?SCf4-.H,0?,9:',?,二.?(tM??°?avF7^th,〇?w?2心2??人广入,\?'?-4.49??’、,?1-C1-2??TS1??'I〇?.?-12.31?? ̄CU2 ̄???、、-17.3¥??imi+hso4-???20??图2-3?ANT与SO4-在Cl,?C2以及C9位点反应的自由能能垒剖面图以及在M06-2X/6-??311++G(d,p)理论水平下优化的三个位点发生反应的过渡态的构型图??另外用KisThelp软件对反应速率常数进行计算,由于在反应过程中会先形??成反应前的复合物,反应前的复合物再经过一个过渡态转化为反应后的复合物,??之后这个反应后的复合物才会形成产物。根据Shircmdi等人提出的表达式,ANT??和S04'水分子的反应过程可以表示为如下:??步骤?3:?SO:_?+H2〇7=^=^SO:'?.H20??S0; ̄--H70+ANT^==±ANT?..SO:-…H,0??步骤4:?^??—post?-?reactive?complex??k_=^ ̄h=Keq'.Keq2.k3?(2-4)??k—rk-2??其中^:^和Keq2代表平衡常数,是从反应前的复合物转变为反应后的复合物??的单分子反应的速率常数,心tal表示整个反应过程的总速率常数。??根据计算得到在298?K下三个反应的速率常数知灿分别为2.10,1.50?x?


本文编号:3433742

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