硝基芳香族化合物的生物電化學還原競爭作用機制

《硝基芳香族化合物的生物電化學還原競爭作用機制》是依託南京理工大學，由王連軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硝基芳香族化合物的生物電化學還原競爭作用機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王連軍
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

生物電化學還原技術綜合了生物技術和電化學技術的優勢，可望解決傳統厭氧還原工藝處理效率低、共代謝基質消耗量大、難以穩定運行等不足。然而在硝基芳香族化合物（NACs）的生物電化學還原過程中，NACs的結構（硝基位置和數量、取代基團類型）及NACs廢水中常見的氧化態物質（硝酸根、硫酸根等）對NACs的還原性能具有顯著影響。本項目擬對不同結構的NACs的生物電化學還原性能進行分析，採用量子化學計算方法提取並篩選與NACs還原性能相關的分子描述符，進行SVM運算建立構效關係模型，確定NACs結構與生物電化學還原性能之間的內在聯繫，闡明不同結構NACs共存時的的競爭還原作用機制；探討NACs廢水中常見的氧化態物質對NACs還原過程的競爭作用機制；揭示複雜水質條件下NACs生物電化學還原過程的關鍵影響因素及控制策略。通過上述關鍵科學問題的探索，可望為生物電化學技術的廢水處理工程套用提供技術基礎。

結題摘要

生物電化學還原技術綜合了生物技術和電化學技術的優勢，可望解決傳統厭氧還原工藝處理效率低、共代謝基質消耗量大、難以穩定運行等不足。然而在硝基芳香族化合物（NACs）的生物電化學還原過程中，NACs的結構（硝基位置和數量、取代基團類型）及NACs廢水中常見的氧化態物質（硝酸根、硫酸根等）對NACs的還原性能具有顯著影響。本項目對不同結構的NACs的還原性能進行了分析，採用量子化學計算方法提取並篩選與NACs還原性能相關的分子描述符，闡述了NACs還原性能與結構之間的關係，探討了NACs廢水中常見的氧化態物質對NACs還原過程的競爭作用機制。結果表明，取代基團（羥基、氯基、甲醚基）的吸電子和供電子特性顯著影響了NACs結構上氮原子的電子云分布，導致了NACs的還原性能的顯著差異，引入給電子類的取代基會使得NPs的還原變得更難，而引入吸電子類取代基會使NPs的還原變得更容易；給電子類取代基的鄰位硝基易於發生優先還原，而吸電子類取代基的對位硝基易於發生優先還原；分子內氫鍵的存在導致鄰位取代的硝基更容易被還原；NACs結構上硝基的數量越多越容易被還原。硝酸根的存在對NACs的還原具有顯著的負面影響，硫酸根的存在對NACs的還原具有一定的促進作用。通過上述關鍵科學問題的探索，可望為生物電化學技術的廢水處理工程套用提供技術基礎。