鄱阳湖水中胶体对典型药物的吸附行为及其机理研究

Pharmaceutical compounds (PCs) are the important and ubiquitous emerging organic contaminants in the aquatic environment. The study of biogeochemical behavior and ecological risk of PCs has always been one of the important frontiers in environmental geosciences at present. But the relevant study was insufficient and incomplete in lakes in China, particularly for the impact of natural colloids on the PCs sorption in lakes. Most previous study has focused on the impact of the natural aquatic colloids as a whole on PCs sorption, while little attention is paid on the internal mechanism. Therefore, Poyang Lake is proposed as the study area in the project to investigate the occurrence and distribution of 20 selected PCs in the multi-phases using HPLC-MS/MS. Ultrafiltration devices and multiple nanotechnologies are introduced to isolate colloids and characterize the physicochemical properties of colloids. In addition, the effect of the different physicochemical properties of colloids, including the concentration, size, composition and surface chemistry, on the sorption behavior of 5 typical PCs will be conducted. The kinetics, model and mechanism of PCs sorption will be also determined. The project will not only provide significant data for understanding the fate of PCs in the aquatic environment of lakes, but also provide a scientific basis for the regional pollution control and ecological risk assessment.

当前有关天然水体中胶体对药物吸附行为的研究大多集中于胶体整体的影响，而对胶体不同理化性质作用下的吸附行为及其内在机理依然知之甚少。湖泊作为区域的重要天然水体，基于胶体影响下的药物环境行为机理仍不清楚。因此，本项目选择鄱阳湖为典型研究区域，利用HPLC-MS/MS技术，探究20种药物在湖泊水环境中的多介质时空分布特征及归趋模式。通过切向超滤法及纳米分析技术，分离并分析湖泊水体中胶体的理化性质，揭示湖泊水体中胶体的分布特征及组成特性。同时，于室内模拟研究胶体不同理化性质（包括胶体浓度、粒径、物质组成、表面化学等）对5种典型药物吸附行为的影响，建立相应的吸附动力学及吸附模型，并阐明吸附作用机理。研究成果对评估天然水体中胶体对药物吸附行为的影响具有指导意义，对正确认识药物类新型有机污染物的环境归趋具有重要参考价值；同时，也能为地区污染防治及生态风险评价提供重要的数据及理论支持。

近年来环鄱阳湖地区畜禽和水产养殖业快速发展，日益下降的水质状况严重威胁流域内多个生态系统及饮用水的安全。以药物为代表的新兴有机污染物环境行为逐渐引起广泛关注。然而目前有关天然水体中胶体对药物吸附行为的研究大多集中于胶体整体的影响，而对胶体不同理化性质作用下的吸附行为及其内在机理依然知之甚少。因此，本项目选取鄱阳湖流域水体为研究对象，探究多种药物在研究区水体中的含量水平、时空变异及其影响机制，并在此基础上评估研究区水体的生态风险值。结果发现，鄱阳湖河湖交错区水水体中药物以氯霉素、磺胺类药物污染较重，在时间上以枯水期浓度较高，空间上以饶河河口区较高，大部分药物的风险值较低。同时，项目重点分析了鄱阳湖入湖五河水体中胶体的理化性质，结果发现随胶体粒径减小，其荧光强度呈增加趋势。胶体性质对药物的吸附行为影响研究发现，随胶体粒径增加，胶体对药物的吸附能力下降。胶体对药物的吸附分配除与疏水性分配有关外，还受胶体荧光物质组成的影响。研究成果不仅为湖泊水体复合污染的早期诊断和综合治理提供理论依据，也为正确认识药物类新型有机污染物的环境归趋提供重要数据支持。