论文部分内容阅读
近年来,大豆异黄酮类植物雌激素不断在环境水体检出,是一类典型的环境内分泌干扰物(EDCs),威胁水环境生态安全和人类健康。金雀异黄酮(Gs)是检出最频繁的植物雌激素之一,广泛存在于大豆类植物中,研究其在环境中的迁移转化过程,对该类污染物的生态风险评价具有重要意义。光降解是表层水体中EDCs的重要转化方式。地表水中广泛存在的溶解性有机质(DOM)能够引发EDCs的间接光降解,该过程机理复杂,且污染物性质各异。为揭示大豆异黄酮类植物雌激素的间接光解机理,本论文以Gs为例,选取5种DOM和4种小分子三线态敏化剂(Sens),结合光化学实验及密度泛函理论(DFT)计算方法,阐明了 pH值、DOM性质以及敏化剂性质对Gs间接光降解的影响机理。研究结果如下:首先,选取 Elliott 土壤腐殖酸(ESHA)、Pahokee Peat 腐殖酸(PPHA)、Suwannee河富里酸(SRFA)、Suwannee河天然有机物(SRNOM)和Nordic湖富里酸(NLFA)进行Gs的光化学降解实验。发现5种DOM引发Gs光降解均符合准一级反应动力学,光降解速率常数随pH升高而升高。扣除直接光降解后,DOM敏化Gs间接光降解的速率常数(kin)也随pH的升高而升高。在相同pH条件下,不同DOM中的kin的也存在差异:(1)在 pH 5 时,kin(ESHA)>kin(SRNOM)>kin(NLFA)>kin(SRFA)kin(PPHA);(2)在 pH 8 时,kin(ESHA)>kin(PPHA)kin(SRFA)>kin(NLFA)>kin(SRNOM);(3)在 pH 12 时,kin(ESHA)kin(PPHA)kin(SRNOM)>kin(SRFA)>kin(NLFA)。其次,通过活性氧(ROS)淬灭实验等,考察了 DOM光照产生单线态氧(1O2)、羟基自由基(HO·)、激发三线态(3DOM*)对Gs间接光降解的贡献,结果表明,加入NaN3淬灭1O2和HO·,对SRFA、SRNOM和PPHA间接光降解Gs的抑制较为明显,相反对ESHA和NLFA抑制相对较少。此外,根据NaN3对间接光解的抑制率,可以计算得到3DOM*敏化Gs光降解的比例:pH 5时,NLFA中3DOM*敏化Gs光降解的贡献仅为47%;pH 8时,3DOM*敏化Gs光降解速率为原来的44%(PPHA)、32%(SRFA)和17%(SRNOM);pH12时,3DOM*敏化Gs光降解速率为原来的38%(SRFA)和25%(SRNOM)。其余3DOM*敏化Gs光降解贡献均超过50%。因此,3DOM*敏化Gs光降解是间接光降解的重要的反应之一。为了进一步探究Gs间接光降解的机理及与DOM性质的关系,分析了不同pH条件下3DOM*敏化光解表观速率常数(k’in)或二级反应速率常数(kDOM,Gs)与DOM组成性质的关系。在pH 8和12时,电荷转移能力(E2/E3)与k’in呈负相关,与KDOM,Gs具有一定的线性关系(r2=0.6184和0.9811);在pH 12时,DOM的芳香度(SUV A254)与k’in呈负相关,与kDOM,Gs具有较好的线性关系(r2=0.7939);DOM带负电量对k’in有抑制作用,且与kDOM,Gs有较好的线性关系(r2=0.5699和0.9189)。最后,以3-甲氧基苯乙酮(3-MAP)、亚甲基蓝(MB)、2-萘乙酮(2-AN)和2-苯甲酮(BP)4种Sens模拟DOM引发Gs的三线态敏化光解,阐明Gs敏化光降解活性与敏化剂性质及pH值的关系。光降解动力学实验结果表明,4种Sens敏化光降解Gs的速率均随pH的升高而升高,与DOM敏化Gs光解的结果一致;同一 pH条件下,不同Sens敏化光降解Gs的kin的顺序为:kin(MB+)>kin(2-AN)>kin(3-MAP)>kin(BP)。结合DFT计算发现,Sens敏化Gs光降解的主要途径为电子转移。kin值受Gs失电能力,以及Sens和Gs之间库仑力的影响。综上,本研究发现pH值、DOM组成性质通过3DOM*与Gs的相互作用强弱,影响Gs敏化光解速率。研究结果为Gs类污染物的生态风险评价提供基础数据,同时丰富了 DOM对污染物环境光化学行为影响的多重机制理论。