重金屬離子具有生物累積性，很難被代謝降解，易通過(guò)食物鏈富集，尤其是通過(guò)污染的水體環(huán)境，直接威脅人類的健康和生存。吸附法是處理含重金屬離子水體的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。天然礦物高嶺石具有較大的比表面積，且表面含有大量活性基團(tuán)和永久性負(fù)電荷，是去除重金屬有害元素較為理想的低成本吸附劑。當(dāng)前有關(guān)重金屬離子在高嶺石表面的吸附研究主要以實(shí)驗(yàn)為主，相關(guān)的光譜學(xué)數(shù)據(jù)和量子化學(xué)計(jì)算報(bào)道較少，具體的吸附機(jī)理尚不明確。本文采用CASTEP軟件，基于密度泛函理論的廣義梯度近似平面波贗勢(shì)法，結(jié)合周期平板模型，通過(guò)計(jì)算重金屬吸附物種的結(jié)合能以及與實(shí)驗(yàn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，研究了水體環(huán)境中三種典型重金屬離子Pb（II）、Cu（II）和Zn（II）在高嶺石（001）晶面的化學(xué)吸附產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，并探索了相應(yīng)成鍵機(jī)理，主要研究結(jié)果如下：1.第一性原理密度泛函理論（DFT）研究表明，Pb（II）的最大可能水合數(shù)為8；其中水合數(shù)6為半方位（Hemi-directed）構(gòu)型和全方位（Holo-directed）構(gòu)型的過(guò)渡配位數(shù)；由鍵長(zhǎng)、結(jié)合能以及Mulliken電荷分析，可知水合數(shù)6，7和8均有可能存在。結(jié)合第一性原理分子動(dòng)力... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)海洋大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1. 前言
    1.1 引言
    1.2 高嶺石概述
        1.2.1 高嶺石簡(jiǎn)介
        1.2.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.3 晶體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
        1.2.4 高嶺石（001）晶面
    1.3 本研究的目的、意義及內(nèi)容
        1.3.1 研究目的及意義
        1.3.2 研究?jī)?nèi)容
2. 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法
    2.1 量子化學(xué)
        2.1.1 從頭計(jì)算法
        2.1.2 密度泛函
    2.2 CASTEP 基本原理與方法
        2.2.1 超晶胞
        2.2.2 平面波基組
        2.2.3 贗勢(shì)方法
        2.2.4 自洽場(chǎng)（SCF）計(jì)算
        2.2.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        2.2.6 分子動(dòng)力學(xué)
3. Pb(Ⅱ)水合結(jié)構(gòu)的密度泛函及分子動(dòng)力學(xué)研究
    3.1 計(jì)算方法
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 Pb(H_2O)1-9~(2+)幾何構(gòu)型
        3.2.2 Pb(H_2O)1-8~(2+)鍵長(zhǎng)
        3.2.3 Pb(H_2O)1-8~(2+)結(jié)合能
        3.2.4 Pb(Ⅱ)的 Mulliken 電荷
        3.2.5 分子動(dòng)力學(xué)模擬
        3.2.6 Pb(H_2O)6~(2+)性質(zhì)
    3.3 小結(jié)
4. 水合 Pb(Ⅱ)離子在高嶺石（001）晶面的化學(xué)吸附
    4.1 計(jì)算方法
    4.2 表面模型
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 單齒吸附配合物
        4.3.2 雙齒吸附配合物
        4.3.3 三齒吸附配合物
    4.4 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較
    4.5 小結(jié)
5. 水合 Pb(OH)~+在高嶺石(001)晶面的化學(xué)吸附
    5.1 計(jì)算方法
    5.2 表面模型
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 Pb(OH)(H_2O)_n~+幾何構(gòu)型
        5.3.2 吸附配合物
        5.3.3 性質(zhì)分析
    5.4 小結(jié)
6. 水合 PbCl~+在高嶺石（001）晶面的化學(xué)吸附
    6.1 計(jì)算方法
    6.2 表面模型
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 PbCl(H_2O)_n~+幾何構(gòu)型
        6.3.2 吸附配合物
        6.3.3 性質(zhì)分析
    6.4 小結(jié)
7. 水合 Cu(Ⅱ)離子在高嶺石（001）晶面的化學(xué)吸附
    7.1 計(jì)算方法
    7.2 表面模型
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 Cu(H_2O)n~(2+)幾何構(gòu)型
        7.3.2 吸附配合物
        7.3.3 性質(zhì)分析
    7.4 小結(jié)
8. 水合 Zn(Ⅱ)離子在高嶺石（001）晶面的化學(xué)吸附
    8.1 計(jì)算方法
    8.2 表面模型
    8.3 結(jié)果與討論
        8.3.1 Zn(H_2O)_n~(2+)幾何構(gòu)型
        8.3.2 吸附配合物
        8.3.3 性質(zhì)分析
    8.4 小結(jié)
9. 結(jié)論
    9.1 主要結(jié)論
    9.2 研究特色及創(chuàng)新點(diǎn)
    9.3 不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文情況


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水合Pb（OH）+在高嶺石（001）晶面的吸附機(jī)理（英文）[J]. 王娟,夏樹偉,于良民.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(05)
[2]Pb（Ⅱ）水合結(jié)構(gòu)的密度泛函及分子動(dòng)力學(xué)研究[J]. 王娟,夏樹偉,于良民.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(09)
[3]鉛污染對(duì)兒童血液生化及其智力的影響[J]. 俞慧君,王秀敏,周華斐,湯衛(wèi)紅.  中國(guó)兒童保健雜志. 2012(08)
[4]低水平鉛暴露對(duì)兒童智力發(fā)育影響[J]. 劉康生,郝加虎.  預(yù)防醫(yī)學(xué)情報(bào)雜志. 2011(08)
[5]鋅對(duì)淡水生物的毒性特征與水質(zhì)基準(zhǔn)的研究[J]. 吳豐昌,馮承蓮,曹宇靜,張瑞卿,李會(huì)仙,廖海清,趙曉麗.  生態(tài)毒理學(xué)報(bào). 2011(04)
[6]硅藻土吸附重金屬離子研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 朱健,王平,羅文連,王韜遠(yuǎn),張燁.  中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(07)
[7]Zn（Ⅱ）在仿刺參幼參體內(nèi)的蓄積及對(duì)其生長(zhǎng)和存活的影響[J]. 李君豐,張叢堯,楊輝,王華,王偉.  大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(01)
[8]球形纖維素吸附劑對(duì)Cu2+的吸附動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究[J]. 林春香,詹懷宇,劉明華,張佳珺,付時(shí)雨.  離子交換與吸附. 2010(03)
[9]理論化學(xué)研究進(jìn)展以及在可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用[J]. 帥志剛.  化學(xué)進(jìn)展. 2009(11)
[10]納米鈦酸鈣粉體的制備及其對(duì)水中鉛和鎘的吸附行為[J]. 張東,侯平.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(12)

博士論文
[1]柔性金屬對(duì)大腸桿菌毒性機(jī)理的研究[D]. 徐芳芳.東華大學(xué) 2012
[2]不同類型礦物和土壤對(duì)砷的吸附—解吸研究[D]. 吳萍萍.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2011
[3]鈣鈦礦型氧化物半導(dǎo)化摻雜與表面吸附光電特性的理論研究[D]. 贠江妮.西北大學(xué) 2010
[4]10（？）高嶺石水合物的合成及其結(jié)構(gòu)、形貌的研究[D]. 牛繼南.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2010
[5]量子化學(xué)理論在現(xiàn)代化學(xué)中應(yīng)用的研究[D]. 任慧.北京化工大學(xué) 2008
[6]高嶺石/有機(jī)插層復(fù)合物的制備、性能及應(yīng)用研究[D]. 夏華.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 2005

碩士論文
[1]二氧化鈦納米管及其陣列形成和性質(zhì)的密度泛函理論研究[D]. 孟強(qiáng)強(qiáng).浙江工業(yè)大學(xué) 2011
[2]鈣、鎂、氯離子水化現(xiàn)象的研究[D]. 李非.河北工業(yè)大學(xué) 2011
[3]高鋅攝入導(dǎo)致AD樣病理改變及記憶障礙[D]. 景小鵬.華中科技大學(xué) 2011
[4]碳納米管儲(chǔ)氫性能的第一原理研究[D]. 王雅雯.中國(guó)海洋大學(xué) 2010
[5]Cd（ll）、Zn（ll）離子以及PFOS、PFOA在金紅石（110）面上化學(xué)吸附的密度泛函研究[D]. 鐘炳偉.中國(guó)海洋大學(xué) 2010
[6]幾種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的量子化學(xué)理論計(jì)算[D]. 陳靜波.中南大學(xué) 2009
[7]密度泛函法預(yù)測(cè)理想氣體熱力學(xué)性質(zhì)的研究[D]. 龐泉德.中國(guó)海洋大學(xué) 2009
[8]水分子和鋅離子在針鐵礦（010）晶面上吸附及咪唑啉衍生物的結(jié)構(gòu)與緩蝕性能關(guān)系的理論研究[D]. 仇萌.中國(guó)海洋大學(xué) 2009
[9]天然沸石對(duì)電鍍廢水中重金屬離子的吸附實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王祝來(lái).西安建筑科技大學(xué) 2005
[10]果園土壤銅素分異特征及化學(xué)行為研究[D]. 王正直.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2003



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