一种预测大气中含硫化合物吸附速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测大气中含硫化合物吸附速率的方法，属于生态风险评价测试策略领域。采用偏最小二乘法构建QSAR模型，根据QSAR模型得到含硫化合物的吸附速率。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。在获得含硫化合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化合物的吸附速率。此预测方法具有便捷快速、成本低廉的特点，能为含硫化合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，属于生态风险评价测试 策略领域。具体是基于吸附温度和气体分子特性，通过QSAR模型对大气中含硫化合物吸附 速率进行预测。
技术介绍
含硫化合物主要来自工业废气和燃料燃烧，例如硫酸工业、一碳化工、煤的燃烧 等。在工业上，这些含硫化合物不仅会对设备产生腐蚀作用，还会影响化工产品的生产，降 低产物纯度;在大气环境中，含硫化合物的释放会产生刺鼻难闻的气味，这些气体对动植物 都会造成严重的影响，例如刺激呼吸系统等。因此对含硫气体的监测和控制都是很有必要 的。 针对大气环境中的含硫化合物的去除，主要还是采用吸附法。吸附法具有投资成 本低、去除效果好、原材料来源广泛等特点，成为了应用成熟的方法。吸附剂可以是活性炭、 多孔材料以及土壤等，这些材料还具有再生简单的优点。由于不同含硫化合物在吸附去除 过程中表现出的去除特性不同，因此无法通过列举的方式逐一进行实验探索，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地预测大气中含硫化合物吸附速率的 方法模型具有重要的应用意义。 目前，中国专利CN 103983545A公开了"一种活性焦二氧化硫吸附速率测试装置和 方法"的专利技术。该专利技术是通过一套自制的吸附装置来检测so 2在活性焦上的吸附速率。该方 法能够评价活性焦吸附so2的吸附速率，但是操作较复杂，且仅能检测单一的so 2的吸附速 率。中国专利CN 102944624A公开了 "发酵肉制品挥发性风味物质中含硫化合物检测方法" 的专利技术。该专利技术通过气相色谱-火焰光度检测联用检测了含硫化合物。然而该方法并没有对 含硫化合物的吸附速率进行研究。本专利技术所涉及的方法能够对大气中含硫化合物的吸附速 率进行预测。 目前，关于预测大气中含硫化合物吸附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，该预测方法 能快速有效地预测含硫化合物的吸附速率。 所述预测大气中含硫化合物吸附速率的方法包括:通过采用偏最小二乘法构建 QSAR模型，得到含硫化合物的吸附速率； 所述QSAR模型为： -1?? - -θ.845 + 2j§6lx ir2r ^ 7.247 X ^ 1.2：9：x 10? 其中，ra为含硫化合物的吸附速率，T为吸附温度，Pa*含硫化合物的分压，Μ为气体分 子吸附特性常数； 所述气体分子吸附特性常数通过以下公式得到： M = Τ " 其中，m为物理吸附平衡常数，幻为气体分子物理吸附热(通过量子化学软件计算气体 分子在吸附剂上的物理吸附热），n为化学吸附平衡常数，仍为气体分子化学吸附热(通过量 子化学软件计算气体分子在吸附剂上的化学吸附热）。 优选的，所述含硫化合物包括硫化氢、二氧化硫、羰基硫、二硫化碳。 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回归算法，基于吸附温度和气体分子特性构建了预测模型， 所建立的QSAR模型具有广泛的适用性、良好的实用性、稳定性和预测效果;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化合物，可以为含硫化合物的吸附速率预 测提供可靠的基础数据。 (3)本专利技术方法可以快速的预测含硫化合物在吸附剂上的吸附速率，能够节省大 量的实验、人力、时间、费用消耗。【附图说明】 图1为训练集l〇gra的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（CS2的吸附）。图2为验证集logra的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（C0S的吸附）。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 本实施例提供预测活性炭对cs2的吸附速率的方法： (1) 在25°C条件下，用量子化学软件(Materials Studio)对CS2的分子结构进行优化， 并计算得到25°C下活性炭对CS2的物理吸附热为47.36kcal/mol和气体分子CS 2的化学吸附 热为8 · 69kcal/mol; (2) 应用QSAR模型预测活性炭对浓度为15ppm的052在25°(3下的吸附速率logra: -leg二2:.痛l>ar2r + 7.:247?二L3.52 其中，ra*CS2在活性炭表面的吸附速率(mol/s)，T为吸附温度=25(°C)，P a为含硫化合 物的分压=15(ppm)，M为气体分子吸附特性常数=121.94; 所述气体分子吸附特性常数通过以下公式得到： if = ^ + =121:94 r.… 其中，m为物理吸附平衡常数=47.16，ei*气体分子物理吸附热=47.36kcal/mol，n为化 学吸附平衡常数=〇. 15，⑵为气体分子化学吸附热=8.69kcal/mol。 (3)将10L浓度为15ppm的CS2气体通入静态吸附试验装置，装置中平铺放置20g活 性炭吸附剂，调节装置上的加热器，使装置内的气温维持在25°C，3小时后测定装置内气体 中CS2的浓度(此时吸附达到平衡），计算得到实验值logra。通过静态吸附实验测得浓度为 15ppm的052在25°(3下的吸附速率1〇85实验值为-1.341;误差仅为0.011，由此可见QSAR模型 可以准确有效预测CS 2的吸附速率。 实施例2 本实施例提供预测A12〇3对C0S的吸附速率的方法： (1) 在30°C条件下，用量子化学软件(Materials Studio)对C0S的分子结构进行优化， 并计算得到30°C下Al2〇3对C0S的物理吸附热为19.53kcal/mol和气体分子C0S的化学吸附热 为2·02kcal/mol; (2) 应用QSAR模型预测Al2〇3对浓度为30ppm的COS在30°C下的吸附速率logra: -%? = -0.845 + 2.061 ir:￥ +1:247^ ir5i| +1 10-? = iJM 其中，rACOS在Al2〇3表面的吸附速率(mol/s)，T为吸附温度=30(°C)，P a为含硫化合物 的分压=30(ppm)，M为气体分子吸附特性常数=39.79; 所述气体分子吸附特性常数通过以下公式得到： T 其中，m为物理吸附平衡常数=47.16，的为气体分子物理吸附热=19.531?^1/111〇1，11为化 学吸附平衡常数=〇. 15，⑵为气体分子化学吸附热=2.02kcal/mol。 (3)将10L浓度为30ppm的⑶S气体通入静态吸附试验装置，装置中平铺放置20g Al 2〇3吸附剂，调节装置上的加热器，使装置内的气温维持在30°C，3小时后测定装置内气体 中C0S的浓度(此时吸附达到平衡），计算得到实验值logr a。通过静态吸附实验测得浓度为 30ppm的C0S在30°C下的吸附速率1〇85实验值为-0.485;误差仅为0.019，由此可见QSAR模 型可以准确有效预测C0S的吸附速率。 实施例3 本实施例提供预测Si02对H2S的吸附速率的方法： (1) 在40°C条件下，用量子化学软件(Materials Studio)对H2S的分子结构进行优化， 并计算得到40°C下Si02对H2S的物理吸附热为13.18kcal/mol和气体分子H 2S的化学吸附热 为0·67kcal/mol; (2) 应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测大气中含硫化合物吸附速率的方法，其特征在于：通过采用偏最小二乘法构建QSAR模型，得到含硫化合物的吸附速率；所述QSAR模型为：其中，ra为含硫化合物的吸附速率，T为吸附温度，Pa为含硫化合物的分压，M为气体分子吸附特性常数；所述气体分子吸附特性常数通过以下公式得到：其中，m为物理吸附平衡常数，e1为气体分子物理吸附热，n为化学吸附平衡常数，e2为气体分子化学吸附热。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤立红，宋辛，李凯，宁平，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