水体系中氧氟沙星的光化学降解研究

论文摘要

抗生素是世界上用量大而且使用非常广泛的药物。近些年来,抗生素类化合物在水体中不断被发现,成为一类新兴的水环境污染物。抗生素的连续性输入使得它们能在环境中持久性存在。这些抗生素不仅可以抑杀一些微生物,而且还能够诱发一些耐药菌群的产生,破坏了环境中的生态平衡。相关研究表明,抗生素的光化学降解是抗生素在水环境中有效去除的途径之一,因此,研究抗生素的光化学转化及生态风险具有重要的意义。本论文以当前广泛应用于临床的第三代喹诺酮抗生素（氟喹诺酮类）的代表药物之一——氧氟沙星（OFLX）作为研究对象,由于其喹诺酮环的稳定性和抗水解能力使其成为持久性污染物,目前已在水体中被检测出来,而且还可引起光毒性反应。迄今为止,国内外有关氧氟沙星光降解过程的研究鲜有报道,特别是海水中的研究更少。本研究通过实验室模拟,研究了OFLX在不同控制条件下的光化学降解过程,并进行了其光降解前后的毒性实验,主要结论如下：1.动力学行为在选取实验条件下,OFLX均发生显著的光化学降解,且反应过程符合一级反应动力学过程。所有实验条件下的速率常数k的变化范围为0.0400-0.174min-1。2.反应影响因素a.照射光源：与黑暗条件下相比,OFLX在300W高压汞灯和350W氙灯下均能发生光化学降解,但在高压汞灯下的降解速率显著大于在氙灯下的降解速率,这说明光源对OFLX的光解具有重要影响。b.初始浓度在OFLX浓度范围2-6mg.L-1中,OFLX在DW（蒸馏水）、ASW（人工海水）和NSW（天然海水）中的光解速率与其初始浓度呈负相关关系。即OFLX的光解速率随着初始浓度的增大而减小。c.溶液酸碱度溶液酸碱度对OFLX的光降解有显著的影响。实验选取了3、5、7、9、11五个pH值进行光解实验,结果表明,光解速率呈现先减小后增大再减小的趋势,最大值出现在pH=9,其次为pH=3,速率最慢的是pH=5。d.溶液介质2mg·L-1OFLX在DW、ASW和NSW三种介质中能发生显著的光降解,光解速率大小顺序为：DW<ASW<NSW。e.重金属离子海洋中常见的四种重金属离子Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+对不同介质中的OFLX光降解反应表现出不同的影响。不同浓度的重金属离子对OFLX的光反应的影响也有所不同。f.甲醇和叠氮化钠在OFLX水溶液中加入甲醇（·OH猝灭剂）和叠氮化钠（·OH和102猝灭剂）,发现OFLX的光降解均受到不同程度的抑制。因此,在三种介质中OFLX不仅发生了直接光解,而且存在·OH和1O2参与的自敏化光降解。g.光敏剂不同浓度的丙酮均能促进OFLX的光降解,其反应速率常数为0.0842～0.102min-1,且光敏效率与丙酮浓度呈正相关关系。h.表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、吐温-20（TW-20）等表面活性剂的加入均不同程度地抑制光反应的发生。其中,SDBS猝灭作用最强,其次为CTAB。3.光解产物测定用LC/MS分离鉴定了四种主要产物,其中两种产物已知,分别为脱羧反应和脱甲基反应的产物,其他两种可能是OFLX在光解过程中经过光解重排、抽氢后发生二聚反应生成的。4.毒性试验利用金藻8701、裸甲藻、小球藻的生长情况进行了OFLX光化学降解前后的毒性试验,表明OFLX光解过程产生风险较高的中间产物,随着光解进行,产物毒性降低。金藻8701对OFLX的产物毒性较其他两种藻更为敏感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 海洋光化学的国内外研究进展及现状
• 0.2 本论文的研究目的和预期成果
• 1 文献综述
• 1.1 光化学反应
• 1.1.1 光化学反应概述
• 1.1.2 光化学反应原理
• 1.2 抗生素的环境水平及光化学研究
• 1.2.1 抗生素环境来源及残留水平
• 1.2.2 抗生素的光化学降解
• 1.2.3 抗生素的环境危害及光化学降解的意义
• 1.3 氟喹诺酮类抗生素光化学降解动力学及机理
• 1.4 海洋中有机物光化学降解的影响因素
• 1.4.1 光照条件
• 1.4.2 溶液酸碱度
• 1.4.3 溶液介质
• 1.4.4 重金属离子
• 1.4.5 甲醇和叠氮化钠
• 1.4.6 光敏剂
• 1.4.7 表面活性剂
• 1.5 光致毒性效应
• 1.6 小结
• 2 实验部分
• 2.1 实验设备与试剂
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 反应介质
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验内容与步骤
• 2.3.1 实验内容
• 2.3.2 实验步骤
• 3 结果与讨论
• 3.1 OFLX光化学降解动力学研究
• 3.1.1 确定光降解反应的发生
• 3.1.2 反应情况分析及动力学计算
• 3.2 影响因素
• 3.2.1 照射光源的影响
• 3.2.2 起始浓度的影响
• 3.2.3 pH值的影响
• 3.2.4 溶液介质
• 3.2.5 重金属离子的影响
• 3.2.6 甲醇和叠氮化钠的影响
• 3.2.7 丙酮的影响
• 3.2.8 表面活性剂的影响
• 3.3 光解产物
• 3.4 毒性试验
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 发表的学术论文