厌氧处理过程典型芳构物毒性与定量构效关系研究

摘要

厌氧消化处理有机废弃物不仅能降低环境污染，而且能产生清洁能源，然而部分有机废弃物往往含有影响厌氧微生物产气性能的芳构物。有关研究表明，芳构物的性质是由其分子结构决定，其对厌氧微生物毒性的作用机理可通过微观角度阐述，因此建立芳构物的分子结构参数与其毒性之间的定量构效关系(QSAR)是十分重要的。此外，该QSAR模型能预测具有类似芳构物的毒性，此法不仅能节约科研成本，缩短科研周期，而且为开发新的绿色芳构物提供理论基础。研究内容及其结论主要包括以下三个部分:
　　(1)利用间歇厌氧消化实验，以厌氧微生物为受试生物，研究了基于19种芳构物对厌氧微生物30d累积产气量的影响。此外，通过72h累积产气量获得抑制率与浓度的关系曲线，借助Logistics方程求解72h-EC50值，以该值作为标准比较了19种芳构物毒性的大小。结果表明，9种芳构物能被厌氧微生物降解，余下10种难被厌氧微生物降解，大多数酚类能被降解，而含氯芳构物难被降解;19种芳构物中五氯酚毒性最大，对苯二酚毒性最小。
　　(2)建立单个量子参数与芳构物对厌氧微生物的-lgEC50之间的线性关系。结果表明，-lgEC50与logKow、α、MR和En均呈正高度线性相关，说明化合物对厌氧微生物的毒性随着这些量子结构参数增大而增强;-lgEC50与logS和TE均呈负高度线性相关，说明化合物对厌氧微生物的毒性随着这些量子结构参数增大而减弱。
　　(3)利用多元线性逐步回归法建立多个量子参数与-lgEC50的QSAR模型，并分析其内部模拟能力、稳定性、外部预测能力。结果表明，QSAR模型由logKow、μ和En3种量子参数组成，复相关系数R为0.980，VIF介于1～10之间，Q2t=0.9653＞0.7，说明该模型的内部模拟能力较强、稳定性较高和外部预测能力较高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 芳构化合物概述

1．1．1 芳构化合物的来源与分类

1．1．2 芳构化合物的性质与危害

1．1．3 芳构化合物的使用现状

1．2 芳构化合物的环境效应研究进展

1．2．1 芳构化合物的发展

1．2．2 芳构化合物对环境和人体的毒性研究进展

1．3 芳构化合物厌氧消化研究现状

1．4 定量构效关系(QSAR)在环境毒理学评价的应用

1．4．1 定量构效关系概述及其发展历程

1．4．2 定量构效关系的研究方法

1．4．3 分子描述符

1．5 QSAR建模方法

1．5．1 QSAR模型

1．5．2 模型的检验

1．6 研究的主要内容及意义

第2章 研究方法

2．1 实验方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 分析方法

2．2 QSAR模型中结构参数的选取与计算

2．2．1 参数的选取

2．2．2 建模方法和检验参数的选取

第3章 芳构化合物的厌氧毒性实验

3．1 芳构化合物的毒性

3．2 19种芳构化合物毒性的比较

3．3 本章小结

第4章 芳构化合物的单个结构参数与-lgEC50之间关系的分析

4．1 -lgEC50与logKow、logS之间关系的分析

4．2 -lgEC50与α、β、μ和SP之间关系的分析

4．3 -lgEC50与MR、MV之间关系的分析

4．4 -lgEC50与EHOMO、ELUMO、ENHOMO和ENLOMO之间关系的分析

4．5 -lgEC50与TE、En、GFE、和HOF之间关系的分析

4．6 -lgEC50与ZPE、lg(-SCFE)、HC和ThE之间关系的分析

4．7 本章小结

第5章 基于量子化学参数在芳构化合物的定量构效关系的应用

5．1 建立芳构化合物生物毒性的QSAR模型

5．1．1 QSAR模型的建立

5．1．2 检验QSAR模型的稳定性

5．1．3 检验QSAR模型的预测能力

5．2 QSAR模型中量子化学结构参数与毒性之间的关系分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目