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《湘潭大学》 2013年
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粘土矿物表/界面吸附污染物的分子动力学模拟研究

胡文昊  
【摘要】:粘土矿物具有纳米层状结构,比表面积巨大,片层硅氧烷表面能有效吸附环境中的污染物。污染物与粘土矿物的表/界面作用是影响污染物迁移与转化过程的重要因素,但相关的研究还鲜有报道。本文考察了污染物在粘土矿物表/界面的吸附位点以及吸附状态,以揭示控制污染物与粘土矿物相互作用的关键因素。论文采用分子动力学模拟的方法,为目标研究提供了微观结构,动力学,热力学等信息。研究内容对于阐明粘土矿物表/界面作用对污染物环境行为的影响,并为开发粘土矿物污染控制材料技术提供了基础数据与理论依据。论文取得了以下有价值的研究成果: (1)阐明了富勒烯分子在叶腊石外表面的吸附特性。模拟结果显示:富勒烯分子能主动吸附在叶腊石硅氧烷表面,多个富勒烯分子趋向平铺排列在叶腊石外表面,两两相互靠近。随着叶腊石外表面吸附富勒烯分子数目不断增多,体系对单个富勒烯分子的吸附自由能数值逐渐降低,相应吸附自由能绝对值增大,吸附作用增强。 (2)在短碳链改性有机膨润土中,可用的层间域空间是影响有机膨润土对有机污染物吸附容量的主要因素。由于硅氧烷表面暴露面积减小,短碳链有机阳离子改性膨润土对有机污染物的吸附量会随着有机阳离子体积的增大而减小。模拟结果显示:相对于TMA-Mt,TPA-Mt对TCDD分子有更大的吸附能,吸附作用力更强,但较小的层间域空间导致其不能容纳更多的TCDD,严重限制了TPA-Mt对TCDD的吸附容量。 (3)CTMAB与CV复合改性有机膨润土在层间域形成致密的有机相,对有机污染物产生协同吸附作用。模拟结果显示:在复合改性膨润土中,2-萘酚在层间域的扩散系数远小于单一改性膨润土。吸附快照也显示复合改性有机膨润土在层间域形成了体积更大,结构更致密的有机相,能通过分配作用对有机污染物2-萘酚进行有效的固定,并产生协同吸附效应。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X13

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