有毒有机污染物氧化降解性能与分子参数间的普适性规律及理论模型

有毒有机污染物因其种类多、危害大、新生化合物层出不穷，一直受到广泛关注。化学氧化法是对其进行降解的有效方法之一，实验研究方法已较为成熟，但目前尚缺乏可将有机物降解速率与其分子特性参数建立定量联系的预测模型。尝试结合有机物氧化实验和DFT等理论计算，研究有毒有机污染物与氧化剂（双氧水、臭氧和Fenton试剂等）在水中的亲和力、得失电子的难易程度、链键断裂能量变化规律，对应选择与之密切相关参数为主要指标：偶极矩μ或Kow、LUMO或HOMO能量、总能或势能E等，结合实验测定和理论计算校验指标参数数值，并通过其它QSAR参数进行修正计算，以削弱其它非氧化密切相关因子的干扰，建立涵盖这些参数的多元组合函数χ，拟合χ与有机物分解效率或速率间的数学模型，有望得到普适性的有机物氧化规律，这对于预测新生或缺乏实验数据的有机污染物的环境降解行为、及评估其治理效果都有重要的支撑作用。

有毒有机污染物与氧化剂（H2O2、O3等）氧化过程中，受在水中氧化剂的亲和力、轨道得失电子的难易程度、链键断裂的活化能量大小的影响，其氧化过程位点选择和基元反应复杂，难以找到普适性的有机物氧化规律。近年来申请人以H2O2、O3等为氧化剂，批量研究多种有机物的氧化降解动力学，对应选择与之密切相关参数为主要指标：偶极矩μ或Kow、LUMO或HOMO能量、总能或势能E等，结合实验得出的反应速率，以量子化学指标参数为基础，探讨它们之间的QSAR模型。初步建立了以亲和能力、弱点突破、键能差异为核心指标的有机物“三因素”氧化机制，为选择量化参数创建有机物氧化的评估和预测模型提供了依据。分别选择Fukui函数、FMO能量、qC等为基元反应的量化参数代表，对结构迥异的有机物氧化速率进行了QSAR分析，在有机物氧化理论研究上取得了突破，建立评估非同系物、结构迥异的有机物氧化速率的理论模型，lnk=a+b*f (+)+c*q(C)+d*EHOMO。成果发表在Chemical Engineering Journal、Chemosphere和Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers等该领域权威期刊上，其中Chemical Engineering 和Chemosphere的论文首年内下载量超过700次。综合大量实验结果和理论计算数据，探索有机物氧化性能的构效关系，寻找其中的分子降解规律，这对于预测新生或者缺乏实验数据污染物的环境降解行为和评估其治理效果都有重要的理论支撑作用，是一项非常重要的基础研究。