抗生素类污染物在EfOM介质中的间接光化学转化机制研究

Pharmaceutically active compounds, especially antibiotics, are one group of emerging contaminates which have raised concerns among environmental scientists and engineers. Previous research mainly focused on the photochemical reactions in the natural water systems, whereas this proposal aims to elucidate the indirect photochemical processes of antibiotics in the waste effluents due to the fact that most of antibiotics are released into aqueous environments with effluent organic matters (EfOM) together. Photolysis of EfOM leads to the formation of reactive oxygen species (ROS), including hydroxyl radical, singlet oxygen, peroxide radical and H2O2, as well as the reactive triplet state(s) of EfOM. With separation and characterization of EfOM, our research aims to the kinetic studies and degradation mechanisms of indirect photodegradation of antibiotics. The steady state concentrations of ROS will be measured by chemical probes or Flow Injection Analysier (FIA), furthermore to quantitatively determinate the contribution portion of ROS in the indirect photodegradation. The micro-heterogeneous reaction of antibiotics with triplet states of EfOM will be also examined to elucidate the role of protein, DNA in the indirect photodegradation of antibiotics. These kinetic and mechanistic studies will be useful for predicting the environmental fate of these contaminates in the aqueous system.

抗生素类药物污染物与市政污水处理厂出水有机质（EfOM）一起进入水环境并产生负面生态效应。光降解是其在环境中归趋的重要途径，现阶段针对抗生素光降解的研究都集中在天然水体有机质（NOM）对其降解过程的影响，而未考虑EfOM在其光降解过程中的作用。本项目拟以典型二级污水处理厂出水为介质，对其中的间接光降解抗生素类污染物进行系统的研究，揭示其反应动力学、降解机理和生物活性的变化。对EfOM进行分离表征，测定其不同组分在光照条件下产生的羟基自由基、单态氧、超氧根离子、三线态EfOM 的稳态浓度；在此基础上，探讨EfOM 中的光敏化非均相过程，阐明EfOM中蛋白质、核酸等大分子与光敏化剂的协同光降解抗生素类污染物的机理；探索建立污水介质中的抗生素类药物的光降解速率和水质参数的相关性模型，以期还原真实水体中抗生素的光降解过程。本研究成果可为预测抗生素等污染物的归趋及环境健康风险评估提供科学依据。

新型的痕量污染物与市政污水处理厂出水有机质（Effluent organic matters, EfOM）一起进入水环境并产生负面生态效应。光降解过程是其在水环境中归趋的重要途径。本研究以氨基糖苷类抗生素，尼古丁，C60，乙酰氨基酚等多种典型污染物为研究对象，揭示其在受污染水体中的光化学转化规律。通过系统的运用活性氧物种探针分子，液相色谱高分辨质谱，流动注射化学发光法等手段，我们从以下四个方面展开工作：1）污水介质光敏化产生活性中间体和活性氧物种的机制；2）污水介质中的抗生素等新型污染物降解动力学研究；3）污水介质中典型新型污染物的降解机理研究；4）污水有机质荧光光谱信息作为指示因子快速定量新型药物污染物的降解行为。.我们发现了：1）污水有机质的光化学性质与天然有机质存在着显著的不同，其具有较高的三线态光量子产率，较低的超氧根离子和羟基自由基光量子产率。 2）羟基自由基在水体中处于微观非均相的分布，95%的羟基自由基分布在有机质表面的7-8埃米距离内，其对氨基糖苷类抗生素的光降解过程起到了关键作用。3）超氧根离子在光敏化降解酚类有机污染物的过程中起到了至为关键的抑制作用，过氧化有机物是其光敏化降解的主要产物。4）通过有机质荧光光谱的光化学变化，建立了光降解新型痕量污染物的速率常数与自然水环境指标的数学联系，为建立新型污染物在自然环境中的迁移转化模型打下研究基础。.对照预期研究成果要求，我们超额完成了本项目的预期要求。我们发表了13 篇标注本基金资助的SCI 论文（本人均为通讯作者），其中包含7篇Environ. Science & Technol.;3篇Water Research; 1篇Environmental Pollution.培养了三名硕士，两名博士。