Cu（II）共存时典型磺胺类抗生素在土壤中吸附行为、机理及其表征

As the fast development of large-scaled livestock and poultry farming，growing attention has been paid to the co-contamination of antibiotics and heavy metals in soil. Various mechanisms play roles simultaneously for antibiotic sorption on soils. Previous studies simply emphasized mechanisms that match the increased or decreased antibiotic sorption by metal ions, without a general concept including these diverse mechanisms in their co-sorption. In this study, we chose sulfadiazine (SD) and Copper (Cu) as common representative of antibiotics and heavy metals in soils. Influences of Cu on the adsorption of SD to soil organic matter, clay and the whole soil would be investigated using a batch equilibration method. It would be to investigated the influences of pH, ionic strength, organic carbon content and complexation on the co-sorption capacity of SD and Cu(II) to selected soils. With SEM-EDS, FT-IR, NMR and Zeta sizer, we intend to summarize a general concept to understand the apparently increased and decreased antibiotic sorption by metal ions. Investigating the sorption variation of antibiotics at different conditions (such pH, CEC, and ionic strength, etc) in the presence of metal ions would provide useful information to understand the mechanisms that control their co-sorption.

针对当前日趋严重的抗生素和重金属土壤复合污染问题，围绕土壤吸附过程中重金属与抗生素之间交互作用的对抗生素环境行为的影响这一科学问题，本项目拟以典型磺胺类药物--磺胺嘧啶（sulfadiazine，SD）和重金属Cu为目标污染物，采用批次平衡试验方法，重点研究：①不同pH、离子强度等环境条件下，单一及复合污染体系中SD在土壤及其有机/无机组分上的吸附特征；②不同pH、离子强度等环境条件下， Cu（II）与SD的络合特征；③借用SEM-EDS、FT-IR、NMR及Zeta电位测定等技术手段，阐释Cu（II）共存时SD在土壤中吸附作用机制；明确Cu（II）共存对SD在土壤吸附过程的影响及其作用机理。以期为土壤重金属、抗生素复合污染的生物有效性评价和环境风险预测与管理提供有效支持。

本项目针对日益增加的土壤抗生素、重金属复合污染问题，以典型抗生素磺胺嘧啶（SDZ）、四环素(TC)、诺氟沙星（NFX）、环丙沙星（CIP）以及重金属铜为目标污染物，采用批次平衡实验法研究他们单一及复合污染条件下在土壤及其不同颗粒组分以及土壤典型黏粒矿物上的吸附-解吸行为及其影响因素；借助吸附模型、位点能量理论、计算机分子模拟以及XRD、FTIR、Zeta等表征手段，阐释了不同吸附体系（单一、混合）下各抗生素的吸附特征和机理研究结果为系统、综合地探究抗生素在土壤中的环境行为以及抗生素-重金属复合污染的风险评估及环境管理提供了理论支持。主要研究结果如下：.1）抗生素-重金属复合污染的土壤吸附行为特征：Cu(Ⅱ)共存对SDZ在土壤上吸附-解吸行为的影响与土壤颗粒组分、pH、溶液离子强度以及有机质含量等因素密切相关。有机质含量高的环境中，Cu(Ⅱ)共存促进SDZ在土壤上吸附固定，降低其解吸流失的风险；Freundlich和Linear等温模型拟合以及FTIR表征表明，Cu(Ⅱ)共存并未改变SDZ在土壤中吸附过程及吸附机制。.2）多种抗生素共存在土壤中的吸附-解吸特征：SDZ、TC以及NFX三种抗生素在土壤吸附-解吸过程中相互影响，主要取决于土壤颗粒组分以及抗生素自身理化特征。想不之下，SDZ在土壤中的吸附-解吸受共存抗生素种类及浓度影响较大，其次为NFX，而TC在土壤中的吸附尤其是在土壤大团聚体上的吸附受共存抗生素影响较小。.3）多元抗生素在土壤中吸附机制：以典型土壤黏粒矿物蒙脱石为代表，研究了TC、SMZ和CIP共存时在土壤中的吸附机制，结果表明，TC、ERY、CIP在蒙脱石上的吸附为单层吸附，且均是以离子较为为主要吸附机制，因此，TC与后二者共存时易产生竞争吸附效应，但相比之下，TC具有更强的竞争优势；而磺胺类抗生素SMZ在蒙脱石上吸附为疏水吸附，因此与TC存在协同吸附效应。