二维相关荧光光谱探究土壤富里酸亚组分的质子键合多相性

利用同步荧光光谱（SFS）结合二维相关光谱（2D COS）和修正Stern-Volmer模型探究了森林土壤富里酸（FA）亚组分的质子键合多相性。利用XAD-8吸附树脂结合Na₄P₂O₇缓冲溶液逐步洗脱方法成功将土壤FA分级为异质性低的FA亚组分（FA₃-FA₁₃）。FA₃-FA₁₃含有类蛋白（类酪氨酸和类色氨酸）、类富里酸和类腐殖酸组分，且FA₇-FA₁₃比FA₃和FA₅含有更多含量的类蛋白组分。FA₃-FA₁₃中不同荧光组分的光谱峰强受溶液碱性pH值变化的影响较为明显。FA₃-FA₁₃的2D COS同步和异步相关谱图中自峰和交叉峰的复杂分布与荧光组分的质子键合多相性有关。FA₅-FA₁₃中类蛋白、类富里酸和类腐殖酸组分因pH值变量扰动而产生的光谱变化方向相同。在碱性pH值条件下，修正Stern-Volmer模型定量拟合FA₃-FA₁₃中荧光组分的解离常数（pK_a值），其中类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸的pK_a值范围分别为6.11，8.93～10.12，9.32～10.65和9.70～10.63（R>0.854）。FA₃中类酪氨酸组分的低pK_a值（6.11）表明类酪氨酸组分含有更多含量的芳香族结构和相邻酚基官能团。FA₃-FA₁₃中类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分的相似pK_a值（8.93～10.65）与羟基苯和氨基酸的pK_a值（8.0～12.02）相近，表明类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分具有相似的质子亲和力，且酚基官能团和氨基酸组分在其质子键合过程中起主要作用。FA₃-FA₁₃中特定波长处荧光组分的波长连续变化顺序与其pK_a值递增趋势相一致，且质子结合位点的多相性特征同时存在于FA亚组分的不同荧光组分间和相同荧光组分内。FA₃中特定波长处类酪氨酸和类色氨酸组分的pK_a值（6.11～9.16）小于类腐殖酸组分（9.70～9.97），且荧光组分的递增趋势与波长连续变化的顺序（250 nm→275 nm→425～490 nm）相一致。FA₅-FA₁₃中特定波长处类色氨酸组分、类富里酸和类腐殖酸组分的pK_a值递增趋势与波长连续变化的顺序表现出相一致的规律：275 nm（8.93～9.70）→375～495 nm（9.88～10.16）→350 nm（10.65）（FA₅和FA₇），275 nm（10.11）→290～400 nm（10.35）（FA₉）和265～345 nm（9.32～9.80）→360～450 nm（10.06～10.13）（FA₁₃）。同时，FA₁₃中同一类富里酸组分的波长和pK_a值存在325 nm（9.32）→375～425 nm（10.06～10.13）的连续变化顺序。SFS-2D COS结合修正Stern-Volmer模型具有降低光谱重叠率和捕获光谱波长连续变化的优势，为深入研究有机质和污染物间复杂相互作用提供支撑。     

脉冲电场O/W乳状液破乳的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了水包油(O/W)型乳状液体系中重油油滴在脉冲电场中的聚集行为. 通过改变电场占空比的模拟参数, 探讨了一定电场强度下的油滴聚集行为, 以及电场破乳时电场强度参数与占空比参数之间的联系. 同时利用静电势分布、 相互作用势能以及结合构象统计等分析方法, 从微观角度说明在电场作用下油滴的电荷分布与聚集机制. 模拟结果表明, 在近0.40~0.75 V/nm范围内电场强度下, 距离一定的重油滴聚集, 低电场强度可通过增加占空比促使油滴聚集, 且占空比随电场强度的增大而减小; 油滴在电场中发生形变, 油滴电荷出现两极化分布, 带负电沥青质分子引导油滴朝电场反方向移动; 无电场下聚集过程中沥青质处于两油滴界面, 范德华作用力为油滴聚集的主要作用力, 同时油滴界面沥青质分子与周围分子形成π-π结合构象, 增强了油滴间的相互作用力.     

不同构型聚α-烯烃分子润滑性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究不同构型的直链和支链化润滑油聚α-烯烃(PAO)在剪切铁板间的黏度、 摩擦性以及油膜内PAO分子的聚集行为, 从微观角度解释了PAO分子结构与润滑油膜稳定性的关系. 模拟结果表明, 相比于直链PAO, 支链化PAO润滑油剪切黏度受剪切速率影响较小; 支链化PAO剪切摩擦系数小于直链PAO润滑油; 对比直链PAO分子, 支链化PAO分子由于侧链的存在, 可在润滑体系内多层吸附层间形成复杂的网状结构, 降低PAO分子在剪切力作用下的移动. 这种网状结构有利于润滑油膜的稳定, 延长了润滑油的使用寿命.     

改性氧化石墨烯去除重金属离子的分子动力学模拟

通过硅烷化反应在氧化石墨烯(Graphene oxide, GO) 表面嫁接螯合官能团N-(三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酸(EDTA-Si), 得到改性氧化石墨烯(GO-EDTA), 采用分子动力学模拟在分子水平上研究了Pb²⁺在GO-EDTA 表面的动态吸附分布、 构象及动力学性质, 比较了Pb²⁺和单价Na⁺离子在氧化石墨烯上的吸附行为, 模拟了GO-EDTA与Ca²⁺相互作用, 与Pb²⁺的吸附行为进行了对比. 模拟结果表明, Pb²⁺和Na⁺的吸附位点是GO-EDTA 体系中的羧基, 而非氧化石墨烯表面的羟基; Pb²⁺和 Na⁺ 与羧基的吸附构象不同, 前者吸附构象以摩尔比2:1为主, 即两个羧基对一个Pb²⁺离子, 而后者更多倾向于摩尔比1:1的吸附模式, 即一个羧基对一个Na⁺离子; Pb²⁺离子相对于Ca²⁺和Na⁺离子, 形成的COO^--Pb²⁺离子对构象越过的能垒最低, 但是破坏该离子对构象时能垒较高, 表明Pb²⁺离子在氧化石墨烯膜上表现出良好的吸附性.