Fenton法降解有機(jī)物反應(yīng)速率的QSAR研究.pdf

1、Fenton法能夠有效地處理難降解的有機(jī)廢水，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解。應(yīng)用Fenton法處理各種類型的有機(jī)污染物，研究 Fenton法降解有機(jī)物的規(guī)律，能快速、高效地預(yù)測有機(jī)污染物的治理效果，尤其是那些缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和新興的有機(jī)污染物。本論文依據(jù)定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系（QSAR）的建立原則，構(gòu)建了Fenton降解和礦化有機(jī)物的Fenton模型和以氧化或吸附為主的分組模型，揭示降解反應(yīng)的機(jī)理，并能快速準(zhǔn)確地預(yù)測 Fenton法處理新生污染

2、物的效果，提供一種高效經(jīng)濟(jì)的方法處理成分復(fù)雜的有機(jī)廢水。
　　本論文選擇了結(jié)構(gòu)各異的有機(jī)物（如芳烴類、胺類、雜環(huán)類、有機(jī)酸類、鹵代烴類等）作為研究對象，研究了 Fenton法降解有機(jī)物的色度和總有機(jī)碳去除的反應(yīng)動力學(xué)以及新生態(tài)鐵氫氧化物對有機(jī)物的混凝吸附作用。同時(shí)，采用Hyperchem、Gaussian和Material Studio計(jì)算軟件獲取了有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析了有機(jī)物的速率常數(shù)與分子結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，并通過多元線

3、性回歸方法建立了Fenton色度去除和TOC去除的QSAR模型，根據(jù)新生態(tài)鐵氫氧化物對有機(jī)物的吸附情況分組建立了氧化和吸附的QSAR模型，并結(jié)合QSAR模型的研究，提出了影響Fenton降解有機(jī)物的重要因素。本論文的主要研究成果如下：
　　1、Fenton降解有機(jī)物的色度去除率和速率常數(shù)總體均高于TOC去除率和速率常數(shù)。
　　2、采用多元線性回歸的方法，建立了Fenton色度去除和TOC去除的QSAR模型，即M7COLOR和

4、 M6TOC。以上兩個(gè) QSAR模型具有良好的擬合性、穩(wěn)健性和預(yù)測能力，涵蓋化合物種類多，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。QSAR模型 M7COLOR中的4個(gè)變量，即E2GAP、q(H+)x、f(0)x和SAG，是影響有機(jī)物去除的重要因素。QSAR模型M6TOC中的2個(gè)變量，即f(+)x和μ，是影響有機(jī)物礦化的重要因素。
　　3、Fenton反應(yīng)機(jī)理包括化學(xué)氧化和有機(jī)物絮凝沉淀兩部分的作用。本論文根據(jù)沉淀絮凝過程對有機(jī)物的吸附百分率（AP）將

5、有機(jī)物分為兩組，一組定義為不吸附性有機(jī)物（Group NA，AP≤15%），另一組定義為吸附性有機(jī)物（Group AD，AP＞15%）。本論文分組研究了新生態(tài)鐵氫氧化物的吸附對速率常數(shù)和分子結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系的影響，并分組建立了 QSAR模型，對比了分組建立的優(yōu)化模型與Fenton模型的預(yù)測能力。
　?。?）建立了以氧化為主的色度去除QSAR模型NA-MCOLOR
　　就色度去除而言，采用不吸附性有機(jī)物（Group NA）建立

6、的QSAR氧化模型NA-MCOLOR的預(yù)測效果優(yōu)于Fenton色度去除的QSAR模型M7COLOR，這與該類型化合物的降解過程以氧化作用為主有關(guān)。
　　就TOC去除而言，以Group NA為主，未得到理想的QSAR模型。這是因?yàn)椋琓OC的去除相對于色度而言要復(fù)雜一些，不僅要考慮母體化合物的性質(zhì)，也要考慮降解過程中生成的子化合物的性質(zhì)。
　?。?）建立了以吸附為主的TOC去除QSAR模型AD-MTOC
　　就色度去除而言

7、，與Fenton色度去除的QSAR模型M7COLOR相比，采用吸附性有機(jī)物（Group AD）建立的QSAR模型AD-MCOLOR的預(yù)測效果并沒有改善，這與其降解過程是吸附和氧化的雙重作用有關(guān)。
　　就TOC去除而言，采用Group AD化合物建立了模型AD-MTOC的預(yù)測能力明顯高于TOC去除的Fenton QSAR模型M6TOC，說明建立的模型AD-MTOC適用于吸附性物質(zhì)的TOC去除速率常數(shù)的預(yù)測。這與吸附性有機(jī)物的TOC去

8、除過程中，吸附起著主導(dǎo)作用有關(guān)。
　　4、Fenton降解有機(jī)物的速率常數(shù)kCOLOR是氧化速率常數(shù)koxi和吸附速率常數(shù) kads之和。采用以氧化為主的QSAR模型 NA-MCOLOR，預(yù)測了吸附性有機(jī)物（Group AD）的koxi；采用Fenton QSAR模型M7COLOR，預(yù)測了Group AD有機(jī)物的kCOLOR，將kCOLOR減去koxi得到kads。結(jié)果表明，kads與化合物的AP呈正相關(guān)，AP越大則kads也越大

9、。
　　5、根據(jù)建立的QSAR模型M7COLOR和NA-MCOLOR，本論文提出了影響Fenton降解有機(jī)物的“三因素理論”，即接觸機(jī)會、活性位點(diǎn)和化學(xué)鍵斷裂。SAG代表了接觸機(jī)會，SAG越大，說明有氧化物接觸有機(jī)化合物的機(jī)率越大，反應(yīng)越容易進(jìn)行。q(H+)x、f(+)x和f(0)x代表了反應(yīng)位點(diǎn)的活性，q(H+)x、f(+)x和f(0)x越大則反應(yīng)活性越大，有機(jī)物容易被進(jìn)攻。E2GAP和ELUMO代表了化學(xué)鍵斷裂的難易。E2GA