一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法，属于生态风险评价测试策略领域。采用偏最小二乘法和多元线性回归构建QSAR模型，根据QSAR模型得到含硫有机物的水解速率。本发明专利技术的模型应用广泛，具有良好的实用性、稳定性和预测效果。在获得含硫有机物分子结构的基础上，仅通过对表征结构特征的描述符进行计算，应用QSAR模型，就能够有效地快速预测大气中含硫有机物的水解速率。此预测方法具有便捷快速、成本低廉的特点，能为含硫有机物的生态风险评价和管理提供重要的数据支持，意义重大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法，属于生态风险评价的定量结构与活性关系

技术介绍
羰基硫（COS）和二硫化碳（CS2）广泛存在于大气环境中，并且COS是对流层和平流层底的主要含硫气体，它们的来源可分为自然源和人为源。COS和CS2在工业生产和使用过程中排放到大气环境，会对环境和人体造成严重的污染和危害。在大气中，CS2也可以被催化氧化成COS。工业生产中微量的COS和CS2对催化剂有毒害作用，使其催化效果和使用寿命受到严重的影响。由于COS和CS2会通过缓慢的水解反应生成硫化氢（H2S），腐蚀生产设备，不仅给工业生产带来了很大的经济损失，而且增加了设备投资和产品成本。同时COS和CS2的吸入对人类身体健康存在较大的危害。同时，硫醇和硫醚经过处理还可以成为有经济价值的产品。因此，含硫有机物的转化具有重要的实际意义。目前去除含硫有机物的常用方法是催化水解法，即含硫有机物在水解催化剂的作用下和H2O发生水解反应生成H2S和其他不含硫的有机物。这个过程可以将含硫有机物的危害性和处理难度降低，同时也可以再利用硫。然而不同含硫有机物在不同水解条件下的水解速率也不相同，因此不能通过枚举的方式对不同含硫化合物在不同条件下的水解速率进行实验得出。因此，通过定量结构活性关系（QSAR）方法建立一种能够快速有效且稳定地预测大气中含硫有机物水解速率的方法模型具有重要的应用意义。中国专利CN104458998A公开了“一种有机硫代硫酸衍生物的测定方法”的专利技术。该专利技术通过气相色谱-质谱联用来测定有机硫代硫酸衍生物的含量。虽然该方法操作简单、分析速度快，但是仅用于有机硫代硫酸衍生物的检测。中国专利CN104248969A公开了“天然气大型硫回收装置配套有机硫水解催化剂及制备方法”的专利技术。该专利技术一种以氢氧化铝和分子筛为原料来制备有机硫水解催化剂的方法。该催化剂具有较高的水解活性、较低的成本，但是没有对有机硫的水解速率进行研究。本专利技术所涉及的方法能够对大气中含硫有机物的水解速率进行预测。目前，关于预测大气中含硫有机物水解速率的方法尚未见到报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法，该预测方法能快速有效地预测含硫有机物的水解速率；具体是基于分子特性和水解条件，通过QSAR模型对大气中含硫有机物水解速率进行预测。本专利技术所述方法包括以下步骤：通过采用偏最小二乘法和多元线性回归构建QSAR模型，得到含硫有机物的水解速率。所述QSAR模型为：其中，ra为含硫化合物的水解速率，Pa为含硫有机物的分压，PH2O为水蒸气的分压，Pc和Pd分别为H2S和另一个水解产物的分压，T为水解温度，M为气体分子水解特性常数，Tc为水解特性校正因子。所述气体分子水解特性常数通过以下公式得到：其中，R1为水解平衡系数（通过量子化学软件计算气体分子与水分子在催化剂表面反应前后的能量差），R2为吸附平衡系数（通过量子化学软件计算气体分子和水分子在催化剂表面的吸附能）。所述水解特性校正因子通过以下公式得到：其中，T0为室温298.15K。本专利技术，所述含硫有机物包括羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚。本专利技术方法的优点和技术效果：（1）本专利技术采用偏最小二乘法和多元线性回归算法，基于分子特性和水解条件构建了预测模型，所建立的QSAR模型具有适用面广、稳定性强、准确度高的预测效果。模型简洁、计算简便，便于理解和实际应用。（2）本专利技术的QSAR模型涵盖了多种含硫有机物，可以为含硫有机物的水解速率预测提供可靠的基础数据。（3）本专利技术可以便捷地预测含硫有机物的水解速率，能够节省大量的实验检测时间和费用。附图说明图1为训练集logra的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（CS2的水解）。图2为验证集logra的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（COS的水解）。图3为QSAR模型下训练集和验证集的残差分布。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本专利技术，但本专利技术保护范围并不限于如下所述内容。实施例1本实施例涉及一种预测CS2在Fe2O3催化剂上的水解速率的方法（1）在50℃条件下，用量子化学软件（MaterialsStudio）对CS2和H2O的分子结构进行优化，通过计算CS2与H2O在催化剂表面反应前后的能量差，得到50℃下的水解平衡系数=24.174，通过计算气体分子和水分子在催化剂表面的吸附能，得到吸附平衡系数=21.885。（2）并应用QSAR模型预测浓度为20ppm的CS2在50℃下的水解速率。所述QSAR模型为：其中，ra为CS2在Fe2O3催化剂上的水解速率（mol/s），Pa为CS2的分压=20（ppm），PH2O为水蒸气的分压=5000（ppm），Pc和Pd分别为H2S和另一个水解产物CO2的分压，分别为34（ppm）和14（ppm），T为水解温度=323.15（K），M为气体分子水解特性常数=194.50，Tc为水解特性校正因子=1.084。所述气体分子水解特性常数通过以下公式得到：其中，R1为水解平衡系数=24.174，R2为吸附平衡系数=21.885。所述水解特性校正因子通过以下公式得到：其中，T0为室温298.15K。（3）将浓度为20ppm的CS2和浓度为5000ppm的H2O通入混合罐中混合，再通入固定床反应器中，固定床反应器中放置3gFe2O3催化剂，调整反应器内部加热器，使反应器内部温度维持在50℃，30分钟后测定装置出口气体中反应物和产物的浓度（此时催化剂对反应物的吸附和水解达到平衡），计算得到实验值logra。通过水解实验测得CS2在50℃下的水解速率logra实验值为-1.249；误差仅为0.008，由此可见QSAR模型可以准确有效预测CS2的水解速率。实施例2本实施例涉及一种预测COS在CuO催化剂上的水解速率的方法（1）在70℃条件下，用量子化学软件（MaterialsStudio）对COS和H2O的分子结构进行优化，通过计算COS与H2O在催化剂表面反应前后的能量差，得到70℃下的水解平衡系数=17.657，通过计算气体分子和水分子在催化剂表面的吸附能，得到吸附平衡系数=15.809。（2）并应用QSAR模型预测浓度为200ppm的COS在70℃下的水解速率。所述QSAR模型为：其中，ra为COS在CuO催化剂上的水解速率（mol/s），Pa为COS的分压=200（ppm），PH2O为水蒸气的分压=10000（ppm），Pc和Pd分别为H2S和另一个水解产物CO2的分压，分别为351（ppm）和171（ppm），T为水解温度=343.15（K），M为气体分子水解特性常数=70.50，Tc为水解特性校正因子=1.151。所述气体分子水解特性常数通过以下公式得到：其中，R1为水解平衡系数=17.657，R2为吸附平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法，其特征在于：采用偏最小二乘法和多元线性回归构建QSAR模型，得到含硫有机物的水解速率；所述QSAR模型为：其中，ra为含硫化合物的水解速率， Pa为含硫有机物的分压，PH2O为水蒸气的分压，Pc和Pd分别为H2S和另一个水解产物的分压，T为水解温度，M为气体分子水解特性常数，Tc为水解特性校正因子。

【技术特征摘要】
1.一种预测大气中含硫有机物水解速率的方法，其特征在于：采用偏最小二乘法和多元线性回归构建QSAR模型，得到含硫有机物的水解速率；
所述QSAR模型为：
其中，ra为含硫化合物的水解速率，Pa为含硫有机物的分压，PH2O为水蒸气的分压，Pc和Pd分别为H2S和另一个水解产物的分压，T为水解温度，M为气体分子水解特性常数，Tc为水解特性校正因子。
2.根据权利要求1所述的预测大气中含硫有机物水解速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁平，宋辛，汤立红，李凯，王驰，孙鑫，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53