土壤腐殖质介导磺胺嘧啶光降解过程及其影响机制

作     者：曾丹 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王彬;黄胜

授予年度：2019年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：土壤腐殖质 磺胺嘧啶 光降解过程 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0.0069 min。与此相似,各HA介导下,SDZ的光解也在低HA浓度(C15 mg/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O是其光敏化降解过程中的控制性组分,且O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O仍是促进各体系SDZ光解的主导机制,且O对SDZ光降解的贡献率(22.678.96%)显著大于·OH的贡献率(9.336.97%)。此外,各体系中·OH及O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O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(50 mmol/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;NO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Fe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、Mg、Ca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(Mg、Ca)相对较弱。