海水中溴酚及羟基多溴联苯醚的光化学转化

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jmdwj
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溴代苯酚及其衍生物不仅是常见的化工中间体,还存在广泛的天然来源,在环境中大量存在,且普遍具有内分泌干扰性,威胁人类健康和生态安全。溴酚类化合物被认为是溴代二噁英的前驱体,它们的天然来源和转化过程一直是科学研究的热点问题。光化学过程是卤代酚类化合物在水环境中普遍发生的转化过程,也是其重要的消减途径之一。目前,关于水中溴酚及其衍生物的光转化的研究多是在淡水体系中进行,而对于其在海水中的光转化行为鲜有报道。因此,本论文选取环境中广泛存在的几种溴酚及其衍生物羟基多溴联苯醚(OH-PBDEs)为模型化合物,研究其在海水中的光转化过程,结合电子顺磁共振(EPR)、激光闪光光解技术(LFP)和淬灭实验等阐述光转化过程中涉及的自由基反应机理,并考察Cl-、Fe(Ⅲ)等环境因子对其光化学过程的影响。主要研究内容和取得的结果如下:(1)以2,4,6-三溴苯酚(2,4,6-TBP)为模型化合物,研究了模拟太阳光条件下(氙灯,λ>290 nm),溴酚在海水中的光化学转化过程。结果表明,2,4,6-TBP(10 μg/L)在海水中光转化涉及的反应类型包括:光致氯代反应、光致水解反应、光致脱溴反应、光致溴代反应和光致聚合反应等。其中,光致氯代反应是2,4,6-TBP在海水中发生的主要的光转化路径,并且2,4,6-TBP中3个Br会逐步被Cl取代形成2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)。Cl-浓度越高,2,4,6-TBP的光转化速率越快,一氯代产物2,4-DBr-4-CP的产量越高;Fe(Ⅲ)浓度越高,2,4,6-TBP的光转化速率越快,2,4-DBr-4-CP的产量越高;溶液pH越低,2,4,6-TBP的光转化速率越小,但2,4-DBr-4-CP的产量越高。毒性实验结果表明,在一定光照时间内,2,4,6-TBP在海水中的光转化会使该系统对明亮发光杆菌的急性毒性增加,且增加的毒性与光致一氯代产物及光致水解产物的产量相关。(2)以溴取代位置不同的几种溴酚(2-BP、4-BP、2,4-DBP、2,6-DBP和2,4,6-TBP)为模型化合物,探究了溴酚在海水中光转化形成的自由基以及自由基参与的反应机理。LFP和EPR的检测结果表明,在海水中溴酚光转化过程形成的活性自由基主要有(?)OH、以碳为中心的溴酚芳基自由基和卤素自由基阴离子X2·-(X=Cl,Br)。结合自旋捕获技术,采用LC-MS-MS检测到了碳中心自由基与BMPO的加合物,并且推测该自由基是通过溴酚优先失去对位Br形成。基于上述自由基,论文提出了溴酚在海水中发生的光致氯代反应、光致水解反应和光致聚合反应的反应机理。其中,光致聚合产物是由溴酚光照形成的碳中心自由基与氧中心自由基结合形成。以2,4-DBP为例,检测到其在海水中光致聚合形成了 2’-OH-BDE68,且Fe(Ⅲ)的存在会降低2’-OH-BDE68的产量。(3)以天然海水中普遍存在的2’-OH-BDE68为模型化合物,研究了其在模拟太阳光条件下(氙灯,λ>290 nm)海水中的光化学转化。实验发现2’-OH-BDE68在海水中的主要光转化产物有12种,主要涉及到五种反应类型:光致氯代反应、光致环化反应、光致水解反应、光致脱溴反应和醚键断裂反应。淬灭实验结果表明,海水中2’-OH-BDE68的光转化涉及直接光解和间接光解,其中,光致氯代反应与激发三线态、(?)OH和1O2的氧化均相关,光致环化反应不涉及激发三线态以及(?)OH和1O2的氧化,光致水解反应涉及激发三线态和1O2的氧化,光致脱溴反应仅涉及1O2的氧化,醚键断裂反应涉及激发三线态和·OH的氧化。此外,Cl-能促进2’-OH-BDE68的光致氯代和光致水解过程,但抑制其光致脱溴、醚键断裂和光致环化过程。共存的光敏性物质SRFA、Fe(Ⅲ)和NO3-对2’-OH-BDE68的醚键断裂过程有抑制作用,对其光致氯代过程和光致环化过程有促进作用,而对光致脱溴过程基本无影响。对于2’-OH-BDE68的光致水解过程,SRFA表现为促进作用,而Fe(Ⅲ)和NO3-基本无影响。以上结果表明,溴酚及其衍生物OH-PBDEs在海水中的光转化过程涉及多种反应路径,其中,光致氯代反应是主要反应。因此,在海洋环境中,溴酚及其衍生物的光转化可能是其同系物有机氯代酚类污染物的一个重要来源。研究结果对了解水中的卤代酚类化合物的天然来源,以及正确评估溴酚及其衍生物的环境风险提供了科学依据。
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