富里酸与水中多环芳烃的非共价结合机制研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

多环芳烃（polycyclicaromatic hydrocarbons, pahs）指两个或两个以上苯环的疏水性芳香族化合物，是一种持久性有机污染物，广泛分布于空气、土壤、水等自然环境中(lu, etal.,2011)。pahs对生物具有致畸性、致癌性、致突变性，在自然环境中难以去除。环境中的pahs主要由有机物质的不完全燃烧而产生，分为自然源和人为源。自然源主要是包括火山喷发、森林火灾等，但这些途径产生的总量较小，人类活动才是pahs的主要来源，如化石燃料、木材、烟草等生物质的燃烧、汽车尾气及餐饮烹饪等(humel, etal.,2017;idowu, et al.,2019)。水环境中的pahs主要是由于工业废水和生活污水的排放而在河流、湖泊和海洋中富集，而大量研究表明水中pahs的迁移转化能力受到溶解性有机物的显著影响，这对解决水生态系统中多环芳烃污染提供了重要的研究方向。

溶解性有机物（dissolved organic matter, dom）的主要成分是腐殖质（humic substances, hs），大约占到dom的40%-80%(kitis, et al.,2001)。hs是一种由动、植物、微生物等物质结合的一种组成复杂的呈棕褐色或棕黑色的有机物质，广泛存在于土壤和水环境中(kang,et al.,2002;klavins and apsite,1997)。根据不同的溶解性，把hs分为腐殖酸（ha，只溶于碱不溶于酸）、富里酸（fa，既溶于碱又溶于酸）、胡敏素（humin，既不溶于碱也不溶于酸）。水中的hs来源于内源和外源，内源主要是微生物和水生植物等腐烂而成；外源主要是水体外的动植物残体和微生物作用后由水流进入水环境。目前对于hs分子结构的研究仍然是一个充满挑战的领域，因为腐殖质的组成分子和结合方式十分复杂，不同的腐殖质个体之间差异很大，所以难以准确的测定其结构。从目前的部分研究中可以发现，在腐殖酸（ha）和富里酸（fa）结构中含有大量的羰基、酚羟基等基团，导致其能够与有机物发生相互作用从而改变其在水环境中的迁移转化(徐尚平，陶澍,1999;叶常明，等,2003;徐旭，等,1998)。这对于去除水中有机污染物具有重大的研究意义。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标

（1）利用荧光猝灭法做出pahs与富里酸的stern-volmer方程拟合曲线，通过曲线斜率判断pahs与富里酸的结合能力。

3. 研究的方法与方案

1.研究方法

（1）荧光猝灭法

荧光猝灭法是利用某种无荧光特性或荧光特性微弱的待测物质对某一荧光物质的猝灭作用，从而依据荧光降低程度与待测物浓度之间的关系，来进一步研究待测物浓度或者含量的荧光分析法，在本实验中是富里酸对pahs有猝灭作用，从而进一步对两者的结合能力进行探讨。

4. 研究创新点

1.在计算模拟过程中考虑到了计算弱相互作用时需要进行基组重叠误差（Basis Set Superposition Error, BSSE）校正，如果不进行校正，BSSE问题会影响势能面，因此，BSSE效应不仅影响相互作用能，也会影响几何优化、振动分析等任务的结果。

2.在计算模拟过程中还考虑了添加色散校正，因为富里酸与PAHs之间是弱相互作用，但是老一代泛函对于色散作用描述极糟（如SVWN、PBE、PW91），或者根本不能描述（如BLYP、B3LYP），因此这些泛函完全没法描述范德华结合、pi-pi堆积这样本质来自于色散吸引的弱相互作用，结果会定性错误。因此加入色散校正就是解决老一代泛函计算弱相互作用糟糕的情况。更确切来说，解决的是对色散作用描述糟糕的问题。

5. 研究计划与进展

i.实验前期准备工作

2019年12月-2020年3月

ii.按照实验方案开展实验