【摘要】：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)和使用,持久性有機(jī)污染物已經(jīng)在各類環(huán)境介質(zhì)中普遍存在,并通過(guò)食物鏈不斷累積,對(duì)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(chǔ)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(2.0 nm、2.5 nm、3.0 nm、3.5 nm)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(jì)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(guò)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,當(dāng)孔徑從2.0nm增大到3.5nm時(shí),模擬系統(tǒng)的勢(shì)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(huì)緊貼著孔內(nèi)壁吸附,當(dāng)孔徑從3.5nm縮小到2.0nm時(shí),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(kù)倫靜電力對(duì)總體吸附的貢獻(xiàn)在30%以內(nèi)。孔徑的縮小嚴(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(guò)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)芳烴的萃取體系中,通過(guò)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(huì)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(shì)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(shì)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。
[Abstract]:Through long-term production and use, persistent organic pollutants (pops) have been widespread in all kinds of environmental media and accumulated continuously through the food chain, which poses a major threat to environmental security and human health. Soil and sediment belong to porous medium and are rich in many kinds of soil organic matter. Because persistent organic pollutants have strong hydrophobicity, soil and sediment are the most important storage source and re-release source. Two typical persistent organic pollutants (pops), 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and 5 PBDEs were selected by molecular simulation to establish four pore sizes (2.0 nm,2.5 nm,3.0 nm,). The molecular behavior of pollutants in quartz sand nanoporous pore was studied, the energy and mean square displacement parameters were calculated, and the physical aging process of soil was simulated by pore size change. 3. 5 nm) was used to study the molecular behavior of pollutants in quartz sand nanoporous pore and to calculate the energy and mean square displacement. In the adsorption system of polycyclic aromatic hydrocarbons, the energy of the system increases with the increase of pore size. When the pore size increases from 2.0nm to 3.5nm, the potential energy and non-bond energy of the simulated system are increased by 28.5% and 25.4%, respectively. When the pore size is reduced from 3.5nm to 2.0nm, the intrapore free volume fraction decreases from 49% to 4%. Van der Waals force is the main adsorption force between polycyclic aromatic hydrocarbons and quartz sand nano-pores, and the contribution of Coulomb electrostatic force to the overall adsorption is less than 30%. The molecular diffusion properties of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are severely constrained by the reduction of pore size. The average azimuth shift of PAHs in 2.0nm pore is not more than 125 渭 m, while the average azimuth shift in 2.5nm is up to 700? Multivariate analysis shows that the adsorption and diffusion of PAHs in nano-pores are the result of interaction of many factors. Through the extraction simulation of n-hexane and cyclodextrin in the extraction system of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), it can be seen that the aging of soil will increase the difficulty of extraction. In the adsorption system of PBDEs, the reduction of pore size also reduced the total potential energy and non-bond energy of the system, which made the system more stable. However, the adsorption energy between PBDEs and quartz sand increases with the decrease of pore size, and the adsorption energy is dominated by van der Waals force, accounting for 84.0% of the adsorption energy of the system. The addition of LHA and SRFA in soil organic matter reduced the total potential energy and non-bond energy of the system and the adsorption energy between PBDEs and quartz sand. Although the adsorption of PBDEs on the inner surface of quartz sand is beneficial to the migration of PBDEs, the diffusion of PBDEs in nano-pores is inhibited due to the dominant adsorption between soil organic matter and PBDEs. As a result, the average azimuth shift of PBDEs is lower than that of PBDEs. In the distribution system of polybrominated diphenyl ether (PBDEs), the distribution energy and partition coefficient in macropores of 3.5nm can be fitted to a linear relationship.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X592;X131.3

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本文編號(hào)：2434508