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【技术交流】南京大学 环境学院 王遵尧 团队 ES&T | 珠江悬浮颗粒物-水体系中氯代持久性有机污...

生态修复网  · 公众号  ·  · 2025-05-13 06:00

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研究背景
氯代持久性有机污染物(Cl-POPs)是一类具有高疏水性的持久性有机污染物,包括多氯联苯(PCBs)、多氯二苯并二噁英(PCDDs)、多氯二苯并呋喃(PCDFs)和有机氯农药(OCPs)。这些化合物在水环境中难以溶解,化学性质稳定,且对生物体具有较高的毒性。Cl-POPs广泛存在于全球的河流、湖泊、水库和海洋中,通过大气沉降、淋溶和废水排放等途径进入水体,并通过食物链在生物体内富集,对人类健康和生态环境造成严重危害。光降解是Cl-POPs自然转化的重要途径,对它们的发生、分布和环境风险有重大影响。

研究目的
本研究旨在探讨珠江悬浮颗粒物(SPM)-水体系中16种Cl-POPs的光降解行为,建立定量构效关系(QSAR)模型,揭示Cl-POPs光降解速率与其分子结构之间的关系,并探讨光降解机制。

主要发现

  • 光降解动力学 :16种Cl-POPs的光降解速率常数(kobs)在珠江SPM-水体系中表现出显著差异,其中多氯联苯(PCBs)的光降解速率普遍高于二噁英类化合物,且随着氯原子取代数的增加而增加。

  • QSAR模型 :通过多元线性回归(MLR)分析和机器学习建立了Cl-POPs光降解速率常数与分子结构参数之间的QSAR模型。模型结果表明,土壤-水分配系数(KOC)、摩根指纹(mf_1747)和亲核性指数(NI)是影响Cl-POPs光降解的主要因素。

  • 活性氧物种(ROS)的贡献 :通过猝灭实验和理论计算,发现•O2−在疏水区域对强疏水性Cl-POPs的光降解贡献更大,而•OH在弱疏水性Cl-POPs的光降解中起主要作用。

  • 反应产物和可能的反应路径 :通过气相色谱-质谱(GC-MS)和液相色谱-质谱(LC-MS)分析了Cl-POPs的光降解产物,并提出了可能的反应路径。

结论
本研究为预测Cl-POPs在SPM-水体系中的光化学转化行为提供了重要的参考。研究结果表明,Cl-POPs的光降解速率与其疏水性和氯原子取代数密切相关。此外,不同活性氧物种在Cl-POPs光降解中的贡献因分子的疏水性而异。这些发现有助于更好地理解Cl-POPs在水环境中的环境持久性和命运。

氯代持久性有机污染物(Cl-POPs)具有高度疏水性,释放到水体后容易吸附到固体颗粒物上,从而影响其转化过程和环境命运。本研究调查了珠江悬浮颗粒物(SPM)-水体系中16种Cl-POPs的光降解行为。多氯联苯(PCBs)的光降解速率通常高于二噁英类化合物,并且随着氯原子取代数的增加而增加。通过多元线性回归(MLR)分析和机器学习建立了Cl-POPs光降解速率常数与其结构参数之间的定量构效关系(QSAR)模型。模型结果表明,土壤-水分配系数(KOC)、摩根指纹(mf_1747)和亲核性指数(NI)是影响Cl-POPs光降解的主要因素,证实了疏水性更高、亲核反应性更大的Cl-POPs光降解更快。根据猝灭实验和理论计算结果,•O2−在疏水区域对强疏水性Cl-POPs的贡献更大,而•OH的贡献主要集中在弱疏水性Cl-POPs中。本研究为Cl-POPs在SPM-水体系中的光解相关环境持久性和命运提供了宝贵的见解。

氯代持久性有机污染物(Cl-POPs)包括多氯联苯(PCBs)、多氯二苯并二噁英(PCDDs)、多氯二苯并呋喃(PCDFs)和有机氯农药(OCPs),是持久性有机污染物的一个重要子集。大多数Cl-POPs在水中不溶解,化学性质更稳定,对生物体的毒性也比其他POPs更高。Cl-POPs目前几乎在全球所有水环境中都被检测到,包括河流、湖泊、水库和海洋,浓度范围从ng/L到μg/L甚至mg/L。Cl-POPs可以通过大气沉降、淋溶、废水排放等途径进入水体,并通过食物链在生物体内传输和富集,对人类健康和生态环境造成严重危害。光降解是Cl-POPs自然转化的重要途径,对它们的发生、分布和环境风险有重大影响。目前对Cl-POPs在水中的光降解研究主要集中在均相溶液中。然而,在实际水环境中,沉积物是疏水性有机污染物的主要储存库。在某些环境条件下,如风和底质扰动、水流湍流和洪水事件,沉积物可能会被重新悬浮成为悬浮颗粒物(SPM),并暴露在到达水面的阳光辐射下。作为POPs的重要载体,SPM可以影响它们在水体中的迁移和转化过程。因此,有必要研究河流SPM-水体系中Cl-POPs的光化学转化行为。




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