新型有机污染物降解机理的量子化学计算与分子模拟
结题报告
批准号:
21337001
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
张庆竹
依托单位:
学科分类:
B06.环境化学
结题年份:
2018
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王慧、王文兴、胡敬田、孙孝敏、何茂霞、姜威、郭玉凤、邱勇、丁磊
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中文摘要
有机污染物是环境中量大、面广、危害严重、环境行为复杂的一类化学物质。许多有机污染物具有致癌、致畸、致突变效应及环境内分泌干扰效应。降解既是有机污染物的典型环境行为,也是污染控制与修复的基本方法。有机污染物在各种环境介质中降解,转化成安全无毒或毒性较低的产物,但也可能生成毒性更强、更稳定的二次污染物。本项目拟采用量子化学计算/分子模拟方法并辅以适当的实验验证研究新型有机污染物的降解机理。从分子水平上探讨其结构信息、反应路径、转化过程、中间产物等;查清速控步骤、主要降解产物;将新型有机污染物结构与其宏观的环境行为进行关联,建立降解性能预测模型;寻找更为高效的降解剂或降解酶。这些研究对更好地理解新型有机污染物在环境中的反应活性、清除规律,以及进一步理解由其形成二次污染物的潜能无疑具有深远的科学意义。期望通过本项目的研究,为评估新型有机污染物对环境的影响及污染控制与修复提供研究方法和理论依据。
英文摘要
Organic pollutants are a large group of chemicals,which are existing widely, performing complicated behaviors and causing serious environmental problems. Many of them are carcinogens, teratogens, mutagens and/or endocrine disrupters. Degradation is their common process in the environment, also is the critical step for pollution control and remediation. After their degradation in different natural media, organic pollutants may be transformed to non- or low-toxic products. However, they may also form the secondary pollutants, which are more dangerous and stable than the original ones. In this proposal, degradation mechanisms of emerging organic pollutants will be studied by using quantum chemical calculation and molecular simulation as well as experimental test. The chemical structures, reaction routes, transformation processes and intermediate products will be discussed from the molecular level, to clarify the main degradation pathways, rate-determining steps and the major degradation products. The chemical structures of emerging organic pollutants will be related to their macroscopic behavior in the environment, to establish the model predicting the degradation properties. Such studies are important to better understand their reactivities, degradation mechanisms, removal regulations, and to further understand their potential to form the secondary pollutants. The proposed research will hopefully provide both methods and theories to evaluate the environmental effects of organic pollutants, and to control and remediate their contaminations.
本项目发展了描述环境效应的电子结构理论模型及描述开放型反应体系的动力学模型,采用量子化学计算或量子化学/分子力学组合方法,辅以适当的实验验证,明确了多溴联苯醚等典型新型有机污染物的化学降解及在生物酶作用下的降解机理,建立了新型有机污染物化学降解与生物酶降解预测模型,构建了有机污染物致癌性预测模型和急性毒性预测模型。本项目共发表论文90篇,SCI论文85篇(目标为40~50篇),影响因子在5.0以上的SCI论文10篇,影响因子在3.0以上的SCI论文51篇(目标为20篇)。其中在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表论文1篇,在环境领域顶级期刊Environ. Sci. Technol.上发表论文3篇,在“Nature Index”期刊Water Res.上发表文章1篇。发表在Enviorn. Sci. Technol.上的论文被美国化学会以图片形式新闻报道,发表在Catal. Sci. Technol.上的论文被编辑评价为“highest-quality work”,并作为亮点文章当选期刊正封面。研究成果获得计算机软件著作权两项。在本项目的资助培育下,项目负责人张庆竹教授获得了山东省泰山学者特聘专家人才称号。张庆竹教授获得了2016年度山东省高等科学技术奖一等奖一项(排名第一),2018年度山东省高等科学技术奖三等奖一项(排名第一)。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Insights into the error bypass of 1-Nitropyrene DNA adduct by DNA polymerase iota: A QM/MM study
深入了解 DNA 聚合酶 iota 对 1-硝基芘 DNA 加合物的错误绕过:一项 QM/MM 研究
DOI:10.1016/j.cplett.2017.08.017
发表时间:2017
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Li Yanwei;Bao Lei;Zhang Ruiming;Tang Xiaowen;Zhang Qingzhu;Wang Wenxing
通讯作者:Wang Wenxing
DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.01.163
发表时间:2018
期刊:Science of the Total Environment
影响因子:9.8
作者:Zhang Xianghe;Yang Minmin;Sun Xiaomin;Wang Xiaolei;Wang Yan
通讯作者:Wang Yan
Computational investigation on NO3-initiated degradation of p,p '-DDE in atmosphere: Mechanism and kinetics
大气中 NO3 引发的 p,p'-DDE 降解的计算研究:机理和动力学
DOI:10.1016/j.comptc.2015.06.003
发表时间:2015
期刊:Computational and Theoretical Chemistry
影响因子:2.8
作者:Li Yunfeng;Shi Xiangli;He Maoxia
通讯作者:He Maoxia
Theoretical Study on Surfactant Adsorption of Glycine Betaine on Gas-Liquid Interface
甘氨酸甜菜碱表面活性剂在气液界面吸附的理论研究
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Asian J. Chem.
影响因子:--
作者:P.-P. Zhang;X. Zhang;M.-B. Wang;X.-M. Sun
通讯作者:X.-M. Sun
DOI:10.1039/c4ra12466a
发表时间:2015
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Lu Xi;Liu Qian;Wang Xiaoyin;Cheng Runjiao;Zhang Mingtao;Sun Xiaomin
通讯作者:Sun Xiaomin
基于多尺度计算与大数据技术的VOCs氧化促进海洋二次颗粒物形成机理研究
  • 批准号:
    22236004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    280万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
Criegee自由基与有机胺的反应及其产物参与新粒子形成的机理研究
  • 批准号:
    42075106
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
卤代烃类挥发性有机污染物的非均相转化机理模拟研究
  • 批准号:
    21876102
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
生物酶作用下多氯联苯的降解机理研究
  • 批准号:
    21577082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
QM/MM方法研究生物酶作用下典型有机农药的降解机理
  • 批准号:
    21177077
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
大气环境中典型有机农药的降解机理
  • 批准号:
    20977059
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
大气环境中萜烯形成二次有机气溶胶的理论研究
  • 批准号:
    20777047
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
致癌性多环芳烃在大气中化学转化的微观机制
  • 批准号:
    20507013
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    张庆竹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金