抗生素—金属复合物水生毒理及选择性吸附去除

摘要

环境中抗生素与重金属的复合污染现象日趋明显。抗生素分子中含有许多电子供体基团，可与缺电子的金属发生络合作用。这种相互作用会改变抗尘素的环境行为和生态毒理。然而，目前对于该类复合污染物的联合毒性评估往往忽略络合作用的存在，导致低估或高估复合体系的生态环境风险。且由于抗生素类化合物在环境pH条件下以多种解离或质子化的形态混合存在，加之与金属的络合作用，使得对抗生素及其金属复合物的污染控制复杂化。因此有必要开展复合物联合毒性评估并选用合适的材料对其进行污染去除。本研究选用发光菌和绿藻两种常见水中生物对复合物进行毒性测定及评估，并利用环糊精聚合物(CDPs)对水中土霉素(OTC)及其金属复合物进行吸附去除并解释机制，为后续筛选和设计材料用于去除可电离污染物及其金属复合物提供理论依据。
　　首先，分光光度法测定环丙沙星与金属离子形成1∶1或2∶1的络合物，土霉素与金属离子形成多种络合比的络合物（1∶2，1∶1和2∶1）。利用发光菌和绿藻对单一及复合物进行毒性测定，并评估复合物联合毒性，结果表明，不考虑络合作用，混合体系的联合毒性随混合物比例及受试生物种类变化而变化，类型包括协同，拮抗和部分相加作用;而考虑络合作用后，抗生素，金属与络合物的联合毒性表现为相加作用，其中络合物的毒性最强，且对混合体系的毒性起主要贡献作用。可见，忽略络合作用不能准确评估抗生素金属复合物的联合毒性。
　　其次，采用紫外分光光度计测定不同pH条件下环糊精(CD)与OTC的包合能力，通过Lingo9.0优化计算获得CD与OTC的形态包合常数。红外和核磁表征包合物得到OTC二甲胺基团进入CD空腔，并推测驱动包合的作用力包括氢键，静电和疏水作用。利用批量平衡法对不同pH条件下CDPs吸附OTC进行研究，结果表明不同pH条件下聚合物能够选择性吸附和固定特定的土霉素形态，而在同一pH值溶液环境中形态分布不变，从而导致形态吸附和表观吸附的差异性。通过多元线性回归及形态吸附机制分析得到，CDPs对OTC具有pH依赖性吸附机制，主要包括孔填充，CD包合和网捕作用。
　　最后，基于CDPs的pH依赖性吸附机制筛选γ-HP-CDP对模拟自然水体和药物废水中的OTC进行吸附去除，得到大于70％的去除效果，且其具有良好的再生性能。筛选的β-γ-CDP能够选择性吸附复合污染物，对OTC与Cu2+以2∶3和1∶2比例混合时较其他测试比例高出2倍多的吸附能力，推测原因为金属的存在增强了CD单体对OTC的包合能力，而不是OTC和金属在β-γ-CDP上的吸附具有不同的吸附位点。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 抗生素与重金属的复合污染

1．1．1 抗生素污染

1．1．2 抗生素与金属离子的络合作用

1．1．3 金属络合对抗生素环境行为及毒理的影响

1．2 环糊精聚合物在污染修复中的应用

1．2．1 环糊精单体简介

1．2．2 环糊精聚合物的合成及应用

1．3 选题依据、研究内容及技术路线

1．3．1 选题依据及意义

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 抗生素与重金属复合污染的水生毒理

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 抗生素与重金属的络合作用

2．2．3 复合污染物的水生毒性测试与评估

2．2．4 络合作用对Tu的影响分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 抗生素与重金属的络合作用

2．3．2 抗生素与重金属的单一毒性

2．3．3 复合污染物的联合毒性

2．3．4 络合作用对抗生素光降解的环境风险模拟

2．4 小结

3 环糊精聚合物对土霉素及其形态的吸附机制

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 土霉素的稳定性测试

3．2．3 环糊精与土霉素的包合作用测定

3．2．4 环糊精与土霉素包合物的制备与表征

3．2．5 吸附实验

3．2．6 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 土霉素的稳定性

3．3．2 环糊精与土霉素形态的包合作用

3．3．3 环糊精与土霉素的包合机制

3．3．4 环糊精聚合物对土霉素的表观吸附作用

3．3．5 环糊精聚合物对土霉素形态的选择性吸附及识别机制

3．3．6 环糊精聚合物对土霉素的pH依赖性吸附机制

3．4 小结

4 环糊精聚合物对土霉素及其金属复合物的选择性吸附

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 筛选环糊精聚合物吸附分离水中土霉素

4．2．3 环糊精聚合物对土霉素，金属及复合污染物的吸附

4．2．4 金属对环糊精与土霉素包合的影响

4．3 结果与讨论

4．3．1 环糊精聚合物对水中土霉素的吸附去除

4．3．2 环糊精聚合物对复合污染物的选择性吸附

4．3．3 金属对环糊精聚合物吸附土霉素的影响机制

4．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢