土壤腐殖质介导磺胺嘧啶光降解过程及其影响机制

摘要

磺胺类药物因抗菌谱广被广泛应用于临床诊治和畜禽养殖业中，其易进入到环境中并产生累积效应，对人类健康和生态系统功能构成潜在危害。土壤腐殖物质作为一类广泛存在的光活性组分，对磺胺类药物的光化学行为具有一定的介导作用。本研究以磺胺嘧啶（sulfadiazine，SDZ）为研究对象，探讨了纯水环境及各HA介导下SDZ的光解特性，揭示了HA影响SDZ光降解的主导机理，描述了各控制性组分的贡献，并考察了环境因子对SDZ光降解的影响，为环境体系健康风险评估提供了理论参考，主要结论如下：　　（1）黑暗条件下，SDZ表现出良好的稳定性，而紫外光激发下发生了缓慢降解。纯水环境及各HA介导下，SDZ的光解均满足一级反应动力学模型。纯水环境中，低SDZ浓度条件及中性pH值对SDZ光解具有促进作用，但整体来说降解过程进行得较缓慢，其降解速率仅为0.0069min-1。与此相似，各HA介导下，SDZ的光解也在低HA浓度（CHA<15mg/L）及中性pH值（pH=7.1）时进行得最快速。　　（2）提取自泥炭土、水稻土、凋落物土中的HA及商品HA均主要由C、H、O、N四种元素构成。从结构种类上来说，4种HA主要结构单元为脂类、芳香类、氨基酸等化合物以及羧基、羟基等含氧官能团。就结构含量而言，商品HA含有更多的含氮类、芳香类、脂类化合物及含氧官能团。此外，商品HA样品的腐殖化程度高，结构组成最为复杂，而提取的HA结构相对简单。　　（3）SDZ与各HA主要以结合形态存在，结合方式均为静态淬灭。商品HA与SDZ的结合以疏水作用力和氢键作用力为主，凋落物土HA以氢键作用力为主，而水稻土及泥炭土HA与SDZ可能涉及π-π作用力等其他结合机制。　　（4）纯水环境中，SDZ的光解涉及直接光解和自敏化光解两个过程，?OH与1O2是其光敏化降解过程中的控制性组分，且1O2的贡献大于?OH。HA介导下，商品HA与水稻土HA对SDZ的光解的促进作用明显强于其余两者，?OH及1O2仍是促进各体系SDZ光解的主导机制，且1O2对SDZ光降解的贡献率（22.67~38.96%）显著大于?OH的贡献率（9.33~26.97%）。此外，各体系中?OH及1O2的来源除SDZ自身敏化光解外，还来自于HA样品，HA对SDZ光解反应的介导作用大小与其光生?OH及1O2的能力大小相关。　　（5）纯水体系中SDZ光解的快慢与溶液离子强度大小呈正相关，而HA介导下，较低的离子强度（50mmol/L）对SDZ的光解有削弱作用，这与卤素离子对体系光生?OH的淬灭作用相关；NO3-能够光生?OH，但HA介导下，因HA具有光过滤效应及活性物种淬灭效应，导致SDZ的光解速率低于纯水体系；尽管Fe3+能够光生?OH，但其对纯水环境及HA介导下的SDZ光降解均表现为抑制效应。此外，K+、Mg2+、Ca2+对SDZ在纯水中的光降解几乎无明显影响，而对HA介导的体系表现出抑制作用，且单价阳离子（K+）对SDZ光降解的抑制效应较显著，而二价阳离子（Mg2+、Ca2+）相对较弱。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 磺胺类药物的生产与应用

1.1.2 磺胺类药物的环境风险与污染现状

1.2 国内外研究进展

1.2.1 复杂环境中磺胺类药物的去除技术

1.2.2 土壤腐殖质理化性能及其提取表征技术

1.2.3 腐殖质对有机污染物环境光化学行为的影响

1.3 课题主要研究内容与技术路线

1.3.1 课题研究意义

1.3.2 主要研究内容

1.3.3 技术路线

2 纯水中SDZ的光降解行为及其动力学

2.1 材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方法

2.2 分析测试方法

2.2.1 SDZ紫外-可见吸收光谱特性分析

2.2.2 SDZ定性定量检测分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 SDZ在纯水中的暗反应特性

2.3.2 SDZ在纯水中的光解特性

2.3.3 不同初始浓度SDZ对光降解的影响

2.3.4 溶液pH对纯水中SDZ光降解的影响

2.3.5 活性淬灭剂对纯水中SDZ光降解的影响

2.4 本章小结

3 土壤腐殖质的提取、纯化及表征分析

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 HA提取、纯化

3.1.3 HA表征分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 DOC含量分布特征

3.2.2 元素组成分析

3.2.3 紫外-可见吸收特性分析

3.2.4 傅里叶红外光谱分析

3.2.5 三维荧光光谱分析

3.3 本章小结

4 土壤腐殖质对SDZ光降解行为的介导作用及机制

4.1 材料与方法

4.1.1 实验材料

4.1.2 实验方法

4.2 数据处理

4.3 结果与讨论

4.3.1 HA与SDZ相互作用机理

4.3.2 HA介导下SDZ的光降解动力学

4.3.3 HA介导下SDZ的光降解机制

4.4 本章小结

5 环境因子对SDZ光降解行为的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 实验材料

5.1.2 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 HA浓度对SDZ光解的影响

5.2.2 HA介导下溶液pH对SDZ光解的影响

5.2.3 HA介导下离子强度对SDZ光解的影响

5.2.4 HA介导下光敏离子对SDZ光解的影响

5.2.5 HA介导下金属离子对SDZ光解的影响

5.3 本章小结

6 结果与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果