| 题名 | 水体中典型PPCPs物质氯化反应动力学及机理研究 |
| 作者 | 程瀚洋 |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 ; 刘会娟 |
| 关键词 | 活性氯 双氯芬酸 Chlorine 动力学 Diclofenac 机理 Kinetics 遗传毒性 Mechanism Genotoxicity |
| 其他题名 | Study on kinetics and mechanism of typical PPCPs chlorination process |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 英文摘要 | 药物及个人护理品（PPCPs）近年来得到越来越多的关注。PPCPs类微污染物在水环境中的浓度普遍较低，但是其对环境具有潜在的危害，并且可能对人类的身体健康造成威胁。由于传统的水处理工艺，如混凝，沉淀，过滤等对PPCPs的去除效率很低，所以PPCPs存在于各种水体环境中，包括在地下水和饮用水中也有检出。氯消毒是最常用的一种消毒方式，考虑到PPCPs潜在的危害性，研究其在氯化消毒过程中的转化规律具有重要意义。本研究选择一种典型的PPCPs类有机物双氯酚酸（DCF）作为目标污染物，研究其在氯化反应中动力学、机理及遗传毒性变化趋势。天然水体中存在大量的离子（氯离子和溴离子等），腐殖质和其它微污染物，均与氯化过程紧密相关。因此在研究DCF单独氯化反应的基础之上，进一步研究其在共存体系中的氯化过程。同时，高锰酸钾作为一种常见的预氧化手段，本文同样对其关于DCF的降解过程进行研究。主要研究结果如下。 Cl-和Br-是天然水体中重要的阴离子，可以与活性氯直接反应。DCF氯化反应速率随着Cl-浓度的增加而线性升高，主要归因于Cl2的生成；而低剂量的Br-可以显著提高DCF氯化反应速率。使用液相色谱-质谱联用技术检测出多种中间产物，据此推测两条主要反应路径。一是在DCF芳环上的亲电取代反应，生成氯取代或羟基取代产物；二是攻击氨基，首先生成Cl-N中间体，进而发生进一步氧化。DCF氯化产物的遗传毒性随活性氯浓度的增加而升高。Cl-的存在对DCF氯化产物的分布和遗传毒性没有明显的影响，而微量Br-的存在会导致溴代产物的生成从而使遗传毒性增强。 腐殖酸（HA）作为水体中常见的大分子有机物可以与活性氯和DCF相互作用。HA的存在能有效提高DCF氯化反应速率。HA分子具有复杂的空间结构，可以与DCF分子之间相互作用，改变DCF氯化反应的微环境从而加速反应。HA的存在对DCF氯化产物的分布以及反应路径无明显影响。HA自身氯化产物不具有遗传毒性效应，但其可以通过与DCF竞争活性氯使混合体系遗传毒性降低。 曲马多（TRA）是一种常见的镇痛药，有研究表明TRA与DCF共同使用情况下有助于更好地缓解疼痛。TRA氯化反应速率随pH值上升而升高。在碱性条件下，HOCl选择氨基作为优先攻击位点。而在酸性和中性条件下，存在两种可能的反应路径。一是芳环上的亲电取代；二是攻击氨基。遗传毒性测试表明TRA氯化产物的遗传毒性随着活性氯浓度的增加而升高，主要是由于一些氯代和多氯代产物的生成。 TRA与DCF复合氯化体系中，二者属于竞争关系，反应速率降低，反应路径保持不变，复合体系遗传毒性略有升高。 高锰酸钾作为一种常见的氧化剂被广泛用做预氧化。高锰酸钾氧化DCF遵循二级反应动力学规律，反应速率随pH的升高而降低。使用液相色谱-质谱联用技术分析出一系列降解产物，并提出一种开环反应机理。高锰酸钾首先亲电攻击氨基，生成初级中间产物2,6-二氯苯胺和5-羟基-双氯芬酸，后者可以被进一步氧化发生开环反应，脱羧酸反应等。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38609]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 程瀚洋. 水体中典型PPCPs物质氯化反应动力学及机理研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
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