抗生素作为新兴污染物在废水、天然水体甚至饮用水中被大量检出。由于其假久性以及可引起细菌产生耐药性，抗生素的去除引起了人们的广泛关注。为了保证用水安全，亟须开发有效的技术来去除水中的微量抗生素。然而，由于抗生素难于微生物难降，现有的常规水处理技术无法去除水中低浓度的抗生素。研究表明，UV光降解和?OH介导的光氧化技术可能是去除水中抗生素的有效方法。为了更好地评估这两种方法的抗生素处理效果，本研究采用密度泛函理论(DFT)计算方法模拟了在环境中被广泛检出的氟喹诺酮类抗生素加替沙星(GAT)的直接光降解和?OH介导的光氧化降解。具体研究结果如下：
　　计算模拟了激发三重态下三种解离形态GAT(天然水pH范围内GAT的主要解离形态，H3GAT2+，H2GAT+和HGAT0)直接光解。三个可能的直接光解位点包括：在C18位点发生脱氟反应；在C13位点发生脱羧反应；和在C24位点发生脱甲氧基反应。计算结果表明，只有H2GAT+和H3GAT2+可以分别通过脱氟和脱羧作用进行直接光降解。通过分子内电荷转移，反应形成了自由基，F?(脱氟反应)，和CO2(脱羧反应)。基于以上研究结果，在中性和弱酸性条件下UV-光降解对GAT的去除具有更好的效果。同时，为了避免高毒性副产物的生成，还需要抑制自由基的产生和减少产物的羟基化。
　　由于?OH具有强氧化性且其反应无选择性，?OH光氧化技术可能具有更加广泛的应用。根据?OH的反应特性，模拟了基态GAT的三种可能的?OH氧化路径：(1)?OH在C18位点取代脱氟；(2)?OH在C13位点取代脱羧；(3)?OH在C22位点摘氢。与直接光降解相比，?OH氧化更容易降解三种解离形态的GAT。反应活化自由能的计算结果表明，三种可能的氧化途径同时发生。其中，H2GAT+的C18位点最容易与?OH发生反应，进而脱氟；H3GAT2+和HGAT0的C13位点更容易被?OH所攻击。然而，对产物复合物的结构分析表明，进一步的脱羧作用并不容易进行，这可能限制了该路径的发生。在发生取代反应过程中，首先形成羟基加合物，然后再发生脱氟或脱羧反应；在摘氢反应过程中，会发生分子间的电荷转移，生成水分子以及以碳为中心的有机自由基。因此，在?OH光氧化技术中pH对GAT的去除效果影响较小。为了降低产物的环境风险，在抗生素处理过程中应适当提高?OH的浓度，以便深度氧化抗生素。
　　综上所述，本研究采用DFT的理论方法计算模拟了三种解离形态GAT的直接光解和?OH光氧化降解过程。根据计算得到的反应能垒和预测的产物结构，分析了UV-光降解技术和?OH光氧化技术对GAT的去除效率以及产物的环境风险。此外，我们也基于结果建议了该技术高效率低风险运行的技术条件。