在很多国家和地区,含砷的地下水和矿山废渣中砷的流失严重危害了环境和人类健康,因而含砷饮用水和工业废水处理技术的研究具有紧迫性和重要的实际意义。铁盐除砷具有经济高效的优点,工业中常用铁盐凝絮法除去水中的砷。通过铁基材料除去饮用水和工业废水中的As（Ⅴ）主要是源于共沉淀和吸附,但是铁基材料除去As（Ⅴ）的作用机理在分子水平上仍不清楚。研究溶液中铁基材料与As（Ⅴ）之间的缔合特征是揭示As（Ⅴ）在溶液中的流动性以及改善铁盐除砷技术的稳定性等问题的关键。在本研究中,使用密度泛函理论、Moller-Plesset微扰方法（MP2）和从头算分子动力学（CPMD）方法系统地研究了含铁砷酸盐沉淀复合物的稳定性和铁基矿物吸附剂与砷物种的缔合。研究结果表明,缔合物种[FeH₂AsO₄]_aq²⁺在液相中是不稳定的,这表明在水溶液相中H₂AsO₄^-物种可能不会被Fe³⁺aq沉淀,As（Ⅴ）可以由HAsO₄^2-物种形式被Fe³⁺aq沉淀。As（Ⅴ）物种的沉淀需要通过H₂AsO₄^-物种转化为HAsO₄^2-,再由HAsO₄^2-物种形式被Fe³⁺aq沉淀。理论计算结果显示,砷酸根物种的质子化将使砷酸根上的负电荷减小,也会使Fe（Ⅲ）与As（Ⅴ）之间的电荷转移减少,这不利于Fe-As缔合。[FeH₂AsO₄（H₂O）n]²⁺复合物的水合作用强于[FeAsO₄（H₂O）n]0 团簇,且 FeH₂AsO₄²⁺强的水合作用也不利于Fe-As缔合。羟基与Fe（Ⅲ）配位会阻碍Fe-As缔合,OH-的增加使得Fe（Ⅲ）和As（Ⅴ）间电荷转移减小并且Fe-As复合物结构由双齿配位向单齿配位转变。同时,在酸性条件下,HAsO₄^2-物种形态不是主要的砷酸根物种,并且随着溶液中OH-数目的增多,铁盐沉淀法高效除砷的条件应局限于中性pH或弱碱性环境下。铁基材料吸附除砷是另外一种重要除砷途径。研究结果表明,铁氢氧化物胶体与砷酸盐物种的缔合强于铁氧化物与砷酸盐物种间的缔合。理论计算结果还显示不同形态的铁与As（Ⅴ）缔合的本质均主要是静电作用。在As（Ⅴ）和铁物种间的缔合过程中,电荷转移作用的贡献也不可忽略。另外胶体中的OH-数目将会影响它与砷酸根物种的缔合,OH-数目的增加使得Fe与As物种间的电荷转移减少,且随着OH-数目的增加,铁氢氧化物胶体复合物与砷酸根物种的缔合结构倾向于单齿单核。因此铁氢氧化物胶体对砷的最优吸附条件应限于中性pH环境,碱性条件将不利于铁氢氧化物胶体复合物对砷酸根物种的吸附。铁盐除砷通常是沉淀机制和吸附机制共同作用的结果。综上所述,对于工业上污酸废水的除砷,要注意pH的调节,应尽可能地在中性环境下,这样才能使铁盐除砷达到较高的去除效率。Mg²⁺、Ca²⁺在生命体中广泛存在且与氨基酸分子间的相互作用,在正常生命活动中起着非常重要的作用。但是Mg²⁺、Ca²⁺离子与氨基酸分子间的相互作用特征在分子水平上还不是很清楚。采用CAM-B3LYP方法计算了 Mg²⁺、Ca²⁺离子与丙氨酸分子的缔合结构,运用经典分子动力学方法研究了在水溶液相中Mg²⁺、Ca²⁺、Cl-与丙氨酸分子羧基和氨基间的相互作用。在气相中,结合能显示出Mg²⁺、Ca²⁺与丙氨酸分子之间的缔合倾向于双齿结构,Ca²⁺与氨基酸的缔合仍然弱于Mg²⁺。在MgCl₂、CaCl₂溶液中,Mg²⁺、Ca²⁺离子与丙氨酸之间的相互作用,将阻碍丙氨酸分子之间的缔合。在水溶液相中,丙氨酸分子与Mg²⁺的缔合仍强于其与Ca²⁺。当盐浓度较低时,Mg²⁺直接与丙氨酸分子作用,而Ca²⁺与丙氨酸形成非接触离子对缔合结构。随着盐水溶液浓度增加,在MgCl₂溶液中丙氨酸分子之间的缔合程度逐渐减弱。但是随着盐水溶液浓度增加,在CaC12溶液中丙氨酸分子之间的缔合程度,先增强而后再减弱。分析结果显示,丙氨酸分子的缔合程度更易受Ca²⁺影响,这种缔合趋势也与Ca²⁺的水合较特殊有关。Ca²⁺水合需要较多水分子,Ca²⁺对第二壳层中的离子或极性基团也会较明显的影响。这可能是在CaCl₂溶液中丙氨酸分子之间的缔合程度随浓度变化趋势较特殊的原因。