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.pdf

1、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（2.0nm、2.5nm、3.0nm、3.5nm）的石英砂納米孔模型，研究污染物在石英砂

2、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

3、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

4、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)