[发明专利]一种预测大气中含硫化合物吸附速率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及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。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。

背景技术

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”的发明。该发明是通过一套自制的吸附装置来检测SO₂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SO₂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”的发明。该发明通过气相色谱-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。本发明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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测大气中含硫化合物吸附速率的方法，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：

其中，r_a为含硫化合物的吸附速率，T为吸附温度，P_a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（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，e₂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。

本发明方法的优点和技术效果：

（1）本发明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）本发明的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）本发明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logr_a的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（CS₂的吸附）。

图2为验证集logr_a的实测值、QSAR模型预测值的拟合图（COS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发明，但本发明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℃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℃下活性炭对CS₂的物理吸附热为47.36kcal/mol和气体分子CS₂的化学吸附热为8.69kcal/mol；