利用多维稳定同位素分析研究天然表层水中烷基酚的光化学降解机理

以几种烷基酚为例，通过控制条件的光化学降解实验，研究它们在天然表层水中的降解过程，建立多维单体稳定同位素分析技术与多元素稳定同位素分馏的量子化学计算相结合，研究烷基酚在天然环境中降解机理的方法，以进一步阐明其环境行为和命运。主要内容包括：控制光化学降解条件，考察其对烷基酚降解的影响；通过实验测定的单体稳定同位素比数据和量子化学计算结果相比较，探索并建立合理推测复杂环境介质中有机污染物转化机理的新方法；区分可能存在的不同反应途径各自对降解的贡献有多大。研究结果对评估烷基酚类环境雌激素的生态与健康风险、研究它们在现代有机污染物生物地球化学循环中对物质通量的贡献都具有重要的科学意义，同时还可以为环境污染治理与修复和环保决策部门提供参考。

在控制光化学降解条件下，通过测定光解过程中壬基酚 （NP）、辛基酚（OP）的残留率，考察了天然水环境各常见要素(光强、温度、浓度、pH、溶解氧(DO)、NO3-、H2O2、HCO3-、腐植酸等)对光降解的影响，结果表明，DO、NO3-、H2O2、HA是影响NP、OP在水体中光降解的重要因素。通过降解中间产物的检测，研究了NP、OP 在天然海水中的光降解机理。结果表明，在天然海水中检测到的NP主要光降解产物为4-壬基-邻苯二酚，推测其主要的光降解途径是通过NP与活性氧物种作用而发生的；OP在天然海水中降解仅检测到少量2-硝基-4-叔辛基酚，推测天然海水中的NO3-（和NO2-）对其降解起到了关键作用。在实验研究的基础上，用密度泛函理论，对烷基酚在天然水体中的光降解进行了理论研究，研究结果与实验结果相吻合。用优化过渡态方法(TS)在反应物与产物之间找到反应势能面上的过渡态，并进行了NBO、频率分析，在分子水平上提供了降解反应的细节。利用单体同位素分析（CSIA）技术研究了邻苯二甲酸二乙酯（DEP）在天然海水中的降解，初步建立了降解中间产物检测与同位素分馏效应的计算相结合，研究有机污染物在复杂天然环境系统中降解机理的方法。根据单体同位素分析结果计算，DEP在天然海水中光降解的KIE=1.005、AKIE=1.037，结合其降解中间产物的检测结果，确证DEP光降解是从裂解C-O键开始的。后续研究将把这一方法应用于烷基酚的光降解研究。