COVID-19典型抗病毒药物在水环境中光降解行为研究

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磷酸氯喹(Chloroquine phosphate,CHQ)是一种常见的抗疟疾类药物,盐酸阿比多尔(Abidol hydrochloride,ABD)是一种广谱的抗病毒药物,两种药物属于典型的医药与个人护理品(Pharmaceutical and personal care products,PPCPs),在全球性蔓延的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情之中发挥了巨大的作用。这两种药物在疫情期间大量生产和使用,在人体可能未被完全吸收,剩余部分以粪便的形式排到体外,又或者经过医院污水、生活废水等途径进入城市排水管网,进而进入到污水处理厂和天然水环境之中。因此,了解磷酸氯喹和盐酸阿比多尔在水环境中的光化学转化过程具有重要的现实意义。本文以磷酸氯喹和盐酸阿比多尔为主要研究对象,考察其在模拟太阳光下的光降解反应动力学、降解机制和影响因素等,主要实验内容和结论如下:CHQ在模拟太阳光下的降解研究:(1)CHQ在模拟太阳光下的降解曲线符合拟一级反应动力学方程,光降解反应速率和初始浓度呈负相关关系,初始浓度从10.0增至80.0μM的过程中,反应速率常数从0.0271降至0.0026 min-1;光降解速率和其质子化形态相关,在p H=6.0-10.0范围内,p H越高降解越快。(2)初始浓度为20.0μM,p H=8.0条件下,天然水环境中常见的两种腐殖质(腐殖酸和富里酸)在CHQ光降解中起光屏蔽作用,抑制其光降解,且抑制程度随腐殖酸和富里酸的浓度升高(2-20 mg/L)而增加,在不同p H条件下均是光屏蔽作用占主导;水体中常见的阳离子(Fe3+、Ca2+、Mg2+、Mn2+)和阴离子(NO3-、Cl-、SO42-、HCO3-)对CHQ光降解影响不大,可以忽略;(3)CHQ在污水处理厂二级出水中的光解反应速率较在纯水体系中小;在不同天然水体中的光降解反应速率也比纯水体系中慢,在不同水系中的降解反应速率:纯水>梁子湖水>长江水>东湖水>喻家湖水。(4)CHQ在模拟太阳光下的降解主要是直接光降解,同时有单线态氧参与的自敏化降解;对CHQ的光降解产物使用高分辨液质联用仪(HR-LC-MS)进行检测,检测到CHQ的四种主要光降解产物,并推测出产物结构及其在模拟太阳光下可能的光降解路径;发光菌毒性实验表明CHQ在光降解过程中生成了毒性更高的中间产物。ABD在模拟太阳光下的降解研究:(1)ABD在模拟太阳光下的降解曲线同样符合拟一级反应动力学方程,光降解速率和初始浓度成正比,初始浓度从5.0增至20.0μM的过程中,反应速率常数从0.2260降至0.4410 min-1;光降解速率与其在不同p H下紫外吸收光谱相关,在p H=5.0-9.0范围内,p H越低降解越快。(2)初始浓度为10.0μM,p H=8.0条件下,天然水环境中两种腐殖质(腐殖酸和富里酸)在ABD的光降解中同样起光屏蔽作用,抑制程度随腐殖酸和富里酸的浓度升高而增加,在不同p H条件下均是光屏蔽作用占主导;水体中常见的阳离子(Fe3+、Ca2+、Mg2+、Mn2+)对ABD光降解的影响不大,可以忽略;常见的阴离子(NO3-、Cl-、SO42-、HCO3-)之中,HCO3-、SO42-略微抑制ABD的光降解。(3)ABD在污水处理厂二级出水中的光解反应速率较在纯水体系中小;在不同天然水体中的光降解反应速率也比纯水体系中慢,在不同水系中的降解反应速率:纯水>梁子湖水>长江水>东湖水>喻家湖水。(4)ABD在模拟太阳光下的降解主要是直接光降解,同时有单线态氧和超氧阴离子自由基参与的自敏化降解;对ABD的光降解产物使用高分辨液质联用仪(HR-LC-MS)进行检测,检测到ABD的五种主要光降解产物,并推测出产物结构及其在模拟太阳光下可能的光降解路径。发光菌毒性实验表明ABD在光降解过程中毒性明显降低。
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