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1.研究背景
四氢呋喃是一种有机化合物，分子式为C4H8O，具有独特的环状结构。在高中学习有机化学时，学生们经常可以在拓展阅读、有机合成等地方遇见这一有机物。从这些方面学生可以了解到，它是一种无色透明液体，具有乙醚般的气味，广泛用于化学实验室和工业生产中。
图1. 四氢呋喃结构（图源自：原创）
四氢呋喃的应用范围极其广泛：在化工领域，它是许多化工产品的重要前体物质，如聚酯树脂、聚酰胺树脂、合成橡胶等，这些产品广泛应用于纺织、塑料、橡胶等行业；在农兽药领域，其有极好的镇痛效果，同时作为一种低毒杀虫菌剂对粮食安全有着重要的作用。
在有机化学科研领域，四氢呋喃也是一种不可或缺的试剂。由于可以与水形成共沸物，并且沸点较低，具有一定的极性，其为良好的溶剂。在有机合成中，四氢呋喃也常用作反应介质。例如，在Bordwell-Brannen反应中，四氢呋喃作为溶剂，帮助实现了酰胺类底物与Japanese试剂的反应，生成了硫代酰胺。这种反应对于合成含有硫原子的复杂有机分子非常重要。在色谱检验中，四氢呋喃也是重要的色谱溶剂。
但是四氢呋喃作为一种有机试剂，具有一定的挥发性，与空气混合极其容易爆炸；同时作为世界卫生组织公布的2B级致癌物，长期暴露在四氢呋喃下，会有潜在隐患[1-2]。但截止目前并没有出现四氢呋喃慢性中毒导致严重后果的报道。同时四氢呋喃的急性中毒可能对内脏造成伤害[3]。因此有必要唤起公众对四氢呋喃安全性的关注。
中学学生作为未来国家进行科研研究与科技发展的中坚力量，有必要对一些基础的有机化合物具有基本的认识。因此我们希望通过这一科普活动向中学生进行有关的科普教育。
图2. 四氢呋喃基本信息
（图源自：（https://zh.wikipedia.org/wiki/四氢呋喃））
2.研究方法
我们通过搜索学术网站以及查阅由国家卫生健康委员会发布的相关标准，对四氢呋喃的安全性和检验方法进行论述。
3.研究内容
（1）四氢呋喃的安全性
四氢呋喃长期以来极少出现导致职业病严重长期后遗症的情况几乎无报道。因四氢呋喃导致的不适在脱离接触后会消失。根据上世纪末中国学者研究，在150 mg/m3四氢呋喃的环境下工作20年，会引起神经衰弱症和粘膜刺激症状，以及恶心、食欲减退、腹痛、胸闷、咳嗽、肝大和心悸等症状，但在实验室肝、肾功能，尿常规、白细胞计数和血红蛋白等检验上与普通工人无差别[4]。
根据日本学者研究，四氢呋喃的麻醉浓度为73750 mg/m3[3]。而这么高的浓度在正常生产工作中无法达到。根据实验，浓度为590 mg/m3，不会引起不适；1475 mg/m3，半数样本不适；2900 mg/m3，所有样本均报道不适。（样本为人）[3]。
2009年7月25日，上海一家化工企业研发实验室发生了一起罕见的四氢呋喃泄露诱发的急性中毒肝病。仅500 mL的泄露导致4名实验研发人员中2人轻症，2人重症。实验表明，长期吸入浓度超过2950 mg/m3的四氢呋喃时，大鼠的部分肝脏功能指标如血清门冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶、胆碱脂酶活性、总胆固醇、总胆红素等才出现异常[5]。这也纠正了所引用文献[3]中该浓度仅脱离接触即可消除不适的错误。
（2）四氢呋喃的检验
四氢呋喃的检验方式有很多，这与它所处的分散系密切相关。对于液体水中的四氢呋喃可以借助荧光光谱进行检验，对于日常生活工作中气体样品可以使用气相色谱进行检验。
a. 使用荧光光谱法快速测定水中四氢呋喃的含量
利用溶剂绿７在含水的有机溶剂中较易发生激发态分子间质子转移的特性，该方法的作者探讨了溶剂绿７ 荧光发射峰510、430 nm强度比（ I510／I430 ）与四氢呋喃（THF）中水含量的关对于特定比例的H2O-THF混合溶液，I510／I430为一定值，并且不随时间的变化而变化；当水体积分数为0.25%～100%时， I510／I430（或1g I510／I430 ）与水体积分数呈现出阶段性的线性关系。
图3. 不同水体积分数H2O-THF混合溶液中溶剂绿７的 I510／I430 与水体积分数关系的标准曲线
（图源自：参考文献[5]）
b. 气相色谱法测定
位于中国苏州的一家环境检验公司对国标法检验气体样品中四氢呋喃含量进行了验证。他们使用GC2010 岛津气相色谱仪搭配RTX-1毛细管柱与氢焰离子化检测器进行了检验。通过数据可以观察出峰面积和四氢呋喃的浓度呈线性关系。
仪器条件：GC2010岛津气相色谱仪;检测器:氢焰离子化检测器;色谱柱：RTX-1毛细管柱,型号：30m×1.0mm×0.32 μm ,进样器：250℃；检测器：280℃ ,柱温:60℃;柱流量：2.30 mL/min；进样量:1 μL ，分流比：39:1；解吸溶剂：二硫化碳，级别：色谱纯；以下是吸收峰面积关于浓度（单位：μg/mL）的图像。
图4. 四氢呋喃标准曲线（图源自：参考文献[6]）
（3）水中四氢呋喃的处理
想要处理水中的四氢呋喃，最普遍有4种方向：提纯精馏法，生物法，膜分离法，高级氧化法。这些方法各有各的优势。根据文献检索，将向大家介绍两种处理方式。
a. 变压精馏与膜分离组合技术分离四氢呋喃－水
该方法创新性的将传统的精馏与膜分离方法组合了起来。解决了传统膜分离因为环境差异与物质组分波动造成的分离能力下降，克服了单独精馏水与四氢呋喃的形成共沸物的困难。
在该方法中，四氢呋喃的变压精馏膜脱水工艺流程包括以下几个步骤：
1. 原料预处理：原料含水的四氢呋喃从原料罐输送至常压塔，首先进行初步分离。
2. 常压塔分离：通过常压塔，四氢呋喃与水分层，共沸物从塔顶被提取出来，送往膜分离装置。
3. 膜分离装置：共沸物在蒸发器中汽化，随后经过过热器升温至适宜的脱水温度。在这个阶段，物料在膜组件中进行脱水，气相产物送至加压塔。为了补偿膜组件在脱水过程中的热量损失，设置了补热器来保持膜组件温度稳定。
4. 渗透和抽真空：膜组件下游的渗透蒸汽通过真空机组抽走，并在冷凝器中冷却成液态，渗透液送至废水处理装置，未冷凝的尾气则去往尾气处理装置。
5.加压塔：脱水后的四氢呋喃进入加压塔，在这里再次与水分开，塔顶回收共沸物返回膜分离装置，而塔底则得到纯化的四氢呋喃产品。
图5. 变压精馏＋膜分离装置工艺流程示意（图源自：参考文献[7]）
整个流程设计巧妙，利用了不同设备和技术，确保了高效且环保的四氢呋喃脱水过程。
b. 芬顿(Fenton)试剂氧化法
Fenton 试剂氧化是 1 种具有工程应用前景的高级氧化工艺，包括传统 Fenton 试剂氧化工艺 ( Fe2+ /H2O2 ) 、紫外 Fenton 试剂氧化工艺 ( Fe2+ /H2O2 /UV) 、异相催化 Fenton 试剂氧化工艺[8]。
中国广西大学的研究人员探究了紫外线芬顿试剂对水系中四氢呋喃的氧化能力[9]。认为其相较于普通芬顿氧化方法氧化能力有所提升。但过氧化氢的过量会引起任何一种芬顿反应的去除率下降。以下是该反应的反应机理：
图6. UV-Fenton 法处理 THF 可能产生的降解路径图（图源自：参考文献[9]）
4.研究总结
研究表明，四氢呋喃的对于生物体具有一定的刺激性。长期在工作环境接触低浓度四氢呋喃会对身体健康造成影响，但是不会导致极其严重的后遗症。短时间接触大量的四氢呋喃会对人造成严重的不适，对脏器造成严重损伤。在非常高浓度下，四氢呋喃对人会有类似乙醚的麻醉作用。
随着波谱分析的发展，这种包括光谱色谱的检验方式有着极高的精度，适合检验低浓度四氢呋喃溶质。
由于四氢呋喃本身具有一定的微生物毒性，单独使用生物降解四氢呋喃在目前看来不是很具备现实意义，可作为前处理方法。而高级氧化法与膜分离法，精馏法是处理水中苯酚的主要方法。
以上内容为有关四氢呋喃的有关知识，希望通过这一篇科普文章，中学生们能对四氢呋喃有更清晰的了解，并激发对有机化学的学习兴趣。
参考文献
[1]《世界卫生组织国际癌症研究机构致癌物清单》 中国药文（国家药品监督管理局） 2017-11-01
[2]傅慰祖. 有机溶剂四氢呋喃的毒性及其危害[J]. 职业卫生与病伤,1996,(02):24-25.
[3]杜艳菊,何永华,顾邵权,等. 一起四氢呋喃致肝损害的调查报告[J]. 环境与职业医学,2011,28(02):100-101.
[4]邹美英. 车间空气四氢呋喃的气相色谱测定方法[J]. 劳动医学,1989,(03):32-35.
[5]郑永丽,陈燕. 溶剂绿7荧光光谱法快速测定四氢呋喃中水含量[J]. 实验室研究与探索,2024,43(5):1-4.
[6]倪云霞,张丽娟,徐本堂,等. 关于工作场所空气中四氢呋喃测定方法的确认——溶剂解析 气相色谱法[J]. 化工管理,2017,(7):83，219.
[7]吴敬雯. 变压精馏与膜分离组合技术分离四氢呋喃-水工艺的模拟与优化[J]. 广州化工,2023,51(11):207-209，234.
[8]张先,刘熙璘,花昱伉,等. 芬顿试剂氧化工艺深度处理焦化废水及其出水水质研究[J]. 煤质技术,2021,36(01):43-48，57.
[9]农国猷,黄闻宇,田成悦,等. UV-Fenton法对四氢呋喃废水预处理及出水影响分析[J]. 当代化工,2023,52(8):1873-1881.
审稿人意见：
您好！
稿件介绍了四氢呋喃的基本信息，毒性，分析检测方法以及处理水中的四氢呋喃的方法，符合本刊的投稿要求，在文章接受前，建议修改以下问题：
1. Page 2 of 7，49行，请作者核对，数字是否应为“长期吸入浓度超过 2950 mg/m³ 的四氢呋喃时”。
2. Page 4 of 7，21行，请作者核对，数字单位是否应为“进样量：1μl （微升，μl）”。
3. Page 5 of 7，52行，芬顿试剂，亦称Fenton试剂。建议，修改为：“b. 芬顿(Fenton)试剂”。55行，Fenton试剂的亚铁离子和双氧水分子式（Fe2+ / H2O2）的上标，下标需要改正。
4. 稿件中的图片需要认真修改，具体如下：
图1，四氢呋喃，又名氧杂环戊烷，结构式应该为一个五边形，氧原子占一个顶点，稿件中结构式底边与水平方向有倾斜，应是水平的。易对读者理解稿件内容造成误解，请重新绘制。图2，四氢呋喃基本信息，来源于网页，建议根据网页内容重新绘制图表，删除网页自带的上角标注释（如，来源请求，折叠等）。图3至图6，引自参考文献，请下载高分辨率的图片后再插入稿件中，图片分辨率低，影响读者阅读。如，图5的工艺流程示意图中的文字模糊，影响读者阅读。
作者：饶牧天,谢佳璇,符湘宜
作者单位：湖南大学化学化工学院
作者邮箱：jiaxuanirid@hnu.edu.cn
指导老师：刘强
审稿人：蔡明军
编辑：朱真逸
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