水环境中溶解性组分对磺胺二甲基嘧啶光化学转化的影响

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磺胺类抗生素(SAs)在天然水环境中的普遍存在,由其具有生物毒理性、诱导细菌菌群抗药性和产生抗性基因等生态效应而备受关注。光化学转化是抗生素在水环境中主要转化途径,受水环境中溶解性组分的影响显著。目前,广泛的研究集中在单一溶解性组分对SAs光化学转化的影响,而实际水环境中多种溶解性组分是共存的,溶解性组分在环境浓度水平下对SAs光降解的复合效应的影响尚不清楚。本研究选择磺胺二甲基嘧啶作为研究对象,选取水环境中常见的四种溶解性组分:溶解性有机质(DOM)、NO3-、HCO3-、Cu2+为代表。研究四种溶解性组分共存条件下对磺胺二甲基嘧啶光降解的复合效应,并深入研究了溶解性组分对磺胺二甲基嘧啶光降解影响的机理。主要研究内容和结果如下:(1)采用响应面法研究了DOM、NO3-、HCO3-、Cu2+四种溶解性组分共存下的复合效应对磺胺二甲基嘧啶的光解动力学的影响。实验结果表明,在p<0.05的显著性水平,单一溶解性组分DOM、HCO3-及Cu2+对磺胺二甲基嘧啶光降解有显著促进作用;DOM-DOM、HCO3--HCO3-相互作用对磺胺二甲基嘧啶的光降解有显著抑制作用。Cu2+-DOM相互作用在90%置信区间下是显著的,对磺胺二甲基嘧啶的光降解有促进作用。(2)通过激光闪光光解实验(LFP)和自由基淬灭实验研究了DOM对磺胺二甲基嘧啶光降解影响机理。结果表明,3DOM*与磺胺二甲基嘧啶的高反应性对光降解起促进作用,通过3DOM*与磺胺二甲基嘧啶之间的电子转移促进磺胺二甲基嘧啶降解。DOM-DOM相互作用的抑制作用是由于基态DOM可淬灭3DOM*或者3DOM*介导而生成的磺胺二甲基嘧啶氧化中间体可被基态DOM淬灭。(3)通过自由基淬灭实验研究了Cu2+及Cu2+-DOM相互作用对磺胺二甲基嘧啶光降解影响机理。结果表明,磺胺二甲基嘧啶能与Cu2+形成配合物,使磺胺二甲基嘧啶的光活性增强,提高量子产率,使得磺胺二甲基嘧啶的光降解得到促进。通过太阳光照射会导致从DOM-Cu2+到O2的发生电子转移生成·OH从而促进磺胺二甲基嘧啶的光降解。(4)通过LFP和稳态光解实验研究了HCO3-对磺胺二甲基嘧啶的光降解影响机理。结果表明,HCO3-易被激发三重态的磺胺二甲基嘧啶氧化产生碳酸根自由基阴离子(CO3·-),通过LFP测定得知CO3·-与磺胺二甲基嘧啶(二级速率常数为2.2×108 L·mol-1·s-1)具有高反应性,因此HCO3-对磺胺二甲基嘧啶光降解具有促进作用。HCO3--HCO3-相互作用对磺胺二甲基嘧啶光降解的抑制作用可归因于HCO3-对CO3·-的淬灭作用。(5)通过HPLC-MS-MS鉴定了DOM或HCO3-存在条件下,磺胺二甲基嘧啶的光解产物。降解途径分析可知,磺胺二甲基嘧啶在DOM或HCO3-存在下的光降解主要通过羟基化和脱磺化两种途径,从而生成相应的光解产物。
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