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超声波/零价铁协同降解氯代芳香化合物与其构效关系研究

杨湘政

   一般科学研究可以通过实验和理论研究获得成果。US/Fe~0协同体系集高级氧化、还原于一体,涉及气、固、液三相,反应相当复杂,以实验方法研究该体系的作用机理和污染物降解途径,存在反应中间产物难以准确测定,实验操作复杂、耗时及成本等问题。本文试图通过构效关系模型和密度泛函方法来研究US/Fe~0体系的作用机理,以及该体系中氯代芳香化合物的降解机理,为深入研究复杂反应体系探索新方法。 本文在课题组已有研究基础上,以间二氯苯为污染物质考察了超声波/零价铁体系对氯代芳香化合物下的降解情况,得到反应的优化条件,并在一定反应条件下,对18种氯代芳香化合物(5种氯苯类、8种氯酚和5种氯甲苯)的模拟废水降解进行了研究。研究结果表明:氯甲苯类,氯苯类,氯酚类降解速率依次减小;苯环上氯取代程度越大,在US/Fe~0体系中降解速率越大;这三类氯代芳香化合物的降解反应均符合准一级动力学。在此基础上,以16种氯代芳香化合物的logk为因变量,以反映分子结构性质的23个结构参数和3个性质参数为自变量,应用偏最小二乘回归分析方法(PLS)进行构效关系模型(QSPR)研究,得到稳定性和预测性较好的模型,并对模型方程进行了验证。模型方程分析结果表明:模型方程有较好的稳定性和预测能力;反映氯代芳香化合物整体性质的参数、反映氯代芳香化合物挥发性及电性的参数对模型方程影响较大。 同时,应用密度泛函方法对五氯苯酚羟基化反应机理进行了研究。采用(u)B3LYP/G-31g(d, p)对五氯苯酚结构和电性特征进行研究发现:五氯苯酚邻位最容易与羟基自由基发生反应。采用同样的方法和基组对五氯苯酚羟基化反应进行了研究,得到反应物、过渡态和中间产物的优化构型、能量、偶极矩、频率和反应活化能。研究结果表明,找到的过渡态都有唯一的虚频率,是真正的过渡态;五氯苯酚羟基化反应活化能较低,而其逆反应活化能较高,说明羟基自由基与五氯苯酚发生脱氯反应较容易;反应过渡态结构的偶极矩较大,说明五氯苯酚羟基化反应在极性溶剂下较容易进行。……   
[关键词]:氯代芳香化合物;超声波/零价铁;降解性能;QSPR;PLS;DFT
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湘潭大学2007年