典型持久性有機(jī)污染物在石英砂納米孔中的分子行為模擬

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1、■、？，＠矣聲乂審，ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ－中國第所現(xiàn)代大學(xué)；｜ＪＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８巧ｔ．？Ｊｈ識函ｉｉｔａ－１Ｍ？：．ｊＭ＾■ｋ：：ｆｌｊ｜碩±學(xué)位論文ｉＨｉｊ…＂…ｗｉｉ＾ｍ嚴(yán)＇■ＨＢ學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程；；主業(yè)作者姓名＿＿指導(dǎo)教師：Ｐ育結(jié)副教授吳國鐘博±＂ＰＪ＾天津大學(xué)研究生院ｉ｜Ｂ＾２０１５年５月自ｌｉｆｌｉｒ．ｈｌＩｌＷｉ—典型持久性有機(jī)污染物在石英砂納米孔中的分子行為模擬Molecul

2、ardynamicsimulationoftypicalpersistentorganicpollutantsinsilicananopores學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：李琳指導(dǎo)教師：隋紅副教授吳國鐘博士天津大學(xué)化工學(xué)院2015年5月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)斤的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)衷或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中

3、作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字曰期年１月）ｔ曰學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢秦，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編Ｗ供查閱和借闊。同意學(xué)校向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：＇簽字曰期１：＞＾年ｓ月日簽字曰期化年巧７曰＾摘要經(jīng)過長期的生產(chǎn)和使用，持久性有機(jī)污染物已經(jīng)在

4、各類環(huán)境介質(zhì)中普遍存在，并通過食物鏈不斷累積，對環(huán)境安全和人類健康構(gòu)成了重大威脅。土壤和沉積物屬于多孔介質(zhì)且富含多種土壤有機(jī)質(zhì)，由于持久性有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的疏水性，土壤和沉積物成為其最主要的存儲源和再釋放源。本文利用分子模擬手段，選取兩種典型的持久性有機(jī)污染物，16種多環(huán)芳烴和5種多溴聯(lián)苯醚，建立4種孔徑（2.0nm、2.5nm、3.0nm、3.5nm）的石英砂納米孔模型，研究污染物在石英砂納米孔中的分子行為，計算能量和均方位移等參數(shù)，并利用孔徑變化模擬土壤的物理老化過程。在多環(huán)芳烴的吸附體系中，隨著孔徑的增大，體系能量升高

5、，當(dāng)孔徑從2.0nm增大到3.5nm時，模擬系統(tǒng)的勢能和非鍵能分別提高28.5%和25.4%。多環(huán)芳烴混合物在納米孔中首先會緊貼著孔內(nèi)壁吸附，當(dāng)孔徑從3.5nm縮小到2.0nm時，孔內(nèi)自由體積分?jǐn)?shù)由49%下降到4%。多環(huán)芳烴與石英砂納米孔之間的吸附作用以范德華力為主，庫倫靜電力對總體吸附的貢獻(xiàn)在30%以內(nèi)?？讖降目s小嚴(yán)重束縛了多環(huán)芳烴的分子擴(kuò)散性能，在2.0nm孔中多環(huán)芳烴的均方位移值最大不超過125?，而在2.5nm中均方位移的值可達(dá)到700?。多變量分析表明，多環(huán)芳烴在納米孔中的吸附和擴(kuò)散是諸多因素交互影響的結(jié)果。在多環(huán)芳

6、烴的萃取體系中，通過正己烷和環(huán)糊精兩種溶劑的萃取模擬可知，土壤的老化會增大萃取難度。在多溴聯(lián)苯醚的吸附體系中，孔徑的縮小也降低了體系的總勢能和非鍵能，使其體系更加穩(wěn)定；然而多溴聯(lián)苯醚與石英砂之間的吸附能隨孔徑的縮小而增大，且該吸附能以范德華力為主，占體系吸附能的84.0%。土壤有機(jī)質(zhì)LHA和SRFA的加入則導(dǎo)致體系的總勢能和非鍵能，以及多溴聯(lián)苯醚與石英砂之間的吸附能均降低。雖然與石英砂孔內(nèi)表面的吸附能降低有利于多溴聯(lián)苯醚分子的遷移，但由于土壤有機(jī)質(zhì)與多溴聯(lián)苯醚之間的吸附作用占主導(dǎo)，抑制了多溴聯(lián)苯醚在納米孔中的擴(kuò)散，因此多溴聯(lián)苯

7、醚的均方位移值反而降低。在多溴聯(lián)苯醚的分配體系中，3.5nm的大孔中分配能與分配系數(shù)可以擬合為線性關(guān)系。關(guān)鍵詞：分子模擬；多環(huán)芳烴；多溴聯(lián)苯醚；石英砂納米孔；土壤有機(jī)質(zhì)ABSTRACTAfteralong-termproductionanduse,persistentorganicpollutantshavebeenprevalentinvariousenvironmentalmediaandcontinuetoaccumulatethroughthefoodchain,whichconstitutesasignificant

8、threattoenvironmentsafetyandhumanhealth.Soilandsedimentbelongtotheporousmediumandarerichinavarietyofsoilorganicmatter.Duetothestronghydrop