莱州湾溶解有机物对磺胺噻唑和磺胺甲基嘧啶间接光降解的影响机制

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磺胺类抗生素(SAs)具有抗菌谱广、疗效显著、性质稳定、价格低廉等优点,被广泛用于人类和动物。SAs生产和使用量非常庞大,是环境中检出率较高的一类抗生素,而大部分残留在环境中的抗生素会汇入近岸海域,造成环境污染,甚至威胁人体健康。目前,SAs的环境行为及其危害已经引起了社会的广泛关注,成为了当前国际研究的热点领域,研究SAs的降解机制对生态环境保护具有重要意义。间接光降解是SAs的主要转化途径之一,机制也较复杂。莱州湾作为山东省各种污染物排放量最大的海域,大量陆源物质由河流输入莱州湾,生态环境复杂。溶解有机物(DOM)作为天然水体中广泛存在的光敏剂,是SAs间接光降解过程中的重要参与者,受限于溶解有机物结构组成极其复杂等原因,DOM对SAs间接光降解影响机制尚不清楚。论文通过室内光化学模拟实验分析DOM结构组成差异对SAs间接光降解的影响,进一步研究莱州湾海水对SAs间接光降解的影响机制。本实验选取腐殖酸(JKHA)、Suwannee river humic acid(SRHA)、Suwannee river fulvic acid(SRFA)、Suwannee river natural organic matter(SRNOM)为标准品,水体中常见的2种磺胺类抗生素,以磺胺噻唑(ST,为五元杂环结构)、磺胺甲基嘧啶(SM,为六元杂环结构)为研究对象,研究内容主要为通过切向超滤技术和XAD-8树脂串联阴阳交换树脂技术从分子量及化学结构的角度分别对DOM进行组分分离,并利用三维荧光光谱-平行因子分析法以及紫外-可见光谱进行表征解析。将DOM分级组分分别与ST和SM进行光降解实验,探究不同分子量以及化学结构的DOM对ST和SM的间接光降解行为的影响机制。依托莱州湾航次采集相关站点海水DOM样品,分析了莱州湾DOM的时空分布特征及来源,并结合前期实验分析,研究莱州湾海水对SAs间接光降解速率影响机制。本实验主要的研究结果如下:(1)从2020年春季与秋季莱州湾DOM表底层分布分析,莱州湾DOM组分时空分布影响因素复杂多变,其中陆源输入是控制莱州湾DOM分布的最主要因素。(2)三维荧光光谱-平行因子分析法对光化学实验样品共鉴别出4种荧光组分,C1、C2、C3为类腐殖质组分,C4为类蛋白质组分。JKHA超滤及树脂各组分的荧光强度偏高,而SRNOM、SRHA、SRFA荧光强度基本在同一水平,各DOM分级组分的荧光组分强度及含量与DOM的来源组成有关。紫外-可见光谱发现DOM芳香性的丰度分布与DOM的结构有关。(3)DOM超滤组分中>10 k Da对ST及SM间接光降解促进作用较低。<3 k Da组分、3-5 k Da组分中含有的外源性类腐殖质组分C1、C2较高的含量,C1、C2具有的高光化学活性,能产生更高水平的活性中间体,对ST及SM间接光降解具有较显著的促进作用。(4)JKHA的亲水酸性组分(HIA)以及疏水酸性组分(HIB)、SRHA、SRFA、SRNOM的疏水碱性组分(HOB)、亲水酸性组分(HIA)、亲水碱性组分(HIB)对ST及SM间接光降解速率促进作用较大。外源性类腐殖质组分C1、C2在各树脂组分的荧光组分中具有的高光化学活性,对ST及SM间接光降解具有较显著的促进作用。(5)外源性类腐殖质组分C1是莱州湾海水DOM生成活性中间体的主要组分,是促进ST及SM间接光降解的关键组分。莱州湾海水DOM以大分子量和亲水性结构为主。莱州湾海水DOM体系相比室内超纯水+标准品DOM体系,对ST及SM间接光降解促进作用更显著是因为受海水中各因素影响的整体效应,部分站点对ST及SM间接光降解促进作用较大,可能是由于该站点<3 k Da组分、3-5 k Da组分、5-10 k Da以及亲水性结构(主要是HIA、HIB)DOM含量较高。
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