厦门大学冯明宝和南京农业大学季跃飞WR | 氯代对羟基苯甲酸酯在自然和工程水系统中的太阳光驱动环境归趋

转自：Environmental Advances

第一作者：叶展图、申振（均为厦门大学2021级环境生态工程本科生）

通讯作者：冯明宝 副教授（厦门大学）、季跃飞 副教授（南京农业大学）

论文DOI: 10.1016/j.watres.2024.122269

图文摘要

成果简介

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Parabens作为全球性的新兴污染物，其在污水氯消毒过程中生成高风险氯代产物的广泛检出引起了越来越多的关注。然而，关于这类氯代产物排入地表水后的光化学归趋及在太阳光驱动工程水处理过程的降解行为尚不清楚。本研究通过竞争动力学实验测定了四种氯代Parabens与不同PPRIs的反应速率常数，并结合光化学建模软件APEX预测了其在地表水的光降解半衰期以及不同反应类型的贡献比例。同时，本研究还考察了太阳光/PMS技术对氯代Parabens的去除机制和效能，并基于分子探针实验确定了系统中不同反应活性物种的氧化贡献。研究发现，该技术可大大提高氯代Parabens的去除率。本研究还借助高分辨率质谱分析了降解产物，结果表明脱氯、羟基化和酯链裂解是氯代Parabens在光解和太阳光/PMS处理过程的主要转化途径。

引言

图文导读

在自然水体中的光化学行为

Fig. 1. Modeled fraction of (a) 2Cl-MeP, (b) Cl-EtP, (c) 2Cl-EtP, and (d) Cl-PrP phototransformation accounted for by the various photochemical pathways, as a function of the DOC. Other parameters: 5 m depth, 0.1 mM NO₃^-, 1 μM NO₂^-, 2 mM HCO₃^-, and 10 μM CO₃^2-. Irradiation conditions on a summer sunny day, equivalent to July 15 at 45°N latitude, were used for modeling. Copyright 2024, Elsevier Inc.

Fig. 2. Modeled half-lives of (a) 2Cl-MeP, (b) Cl-EtP, (c) 2Cl-EtP, and (d) Cl-PrP, as a function of DOC and depth. Other parameters: 0.1 mM NO₃^-, 1 μM NO₂^-, 2 mM HCO₃^-, and 10 μM CO₃^2-. SSD means summer sunny day, equivalent to July 15 at 45°N latitude. Copyright 2024, Elsevier Inc.

在太阳光/PMS处理中的降解情况

Fig. 3. Elimination of (a) 2Cl-MeP, (b) Cl-EtP, (c) 2Cl-EtP, and (d) Cl-PrP by solar/PMS treatment. (Experimental conditions: pH = 7.0, [2Cl-MeP]₀ = [Cl-EtP]₀ = [2Cl-EtP]₀ = [Cl-PrP]₀= 1.0 μM, [PMS]₀ = 0.5-5.0 mM, solar light intensity = 300.0 W/m²). Copyright 2024, Elsevier Inc.

Fig. 4. Contribution ratios of different reactive species for the elimination of chlorinated parabens by solar/PMS treatment. (Experimental conditions: pH = 7.0, [2Cl-MeP]₀= [Cl-EtP]₀ = [2Cl-EtP]₀ = [Cl-PrP]₀ = 1.0 μM, [PMS]₀ = 0.5-5.0 mM, solar light intensity = 300.0 W/m²). Copyright 2024, Elsevier Inc.

Fig. 3表明，太阳光照射促进了PMS对氯代Parabens的氧化去除，且去除率随PMS剂量的增加而增加。^•OH和SO₄^•-是太阳光/PMS处理该类微污染物的主要氧化中间体。Fig. 4表明，^•OH对四种氯代Parabens的降解贡献大多大于10%。实验结果表明，太阳光/PMS处理与传统工艺相结合是提高污染物去除效率的一个具有前景的选择。

转化路径

Fig. 5. Degradation pathways of (a) Cl-EtP and (b) 2Cl-EtP by solar irradiation in wastewater effluent and solar/PMS system in ultrapure water. (Experimental conditions: pH = 7.0, [Cl-EtP]₀ = [2Cl-EtP]₀ = 5.0 μM, [PMS]₀ = 1.0 mM, solar light intensity = 300.0 W/m²). Copyright 2024, Elsevier Inc.

产物分析表明，脱氯、羟基化和酯链裂解是氯代Parabens在光解和太阳光/PMS处理过程中的主要转化途径(Fig. 5)。

小结

本研究通过动力学实验、自由基鉴定、产物分析等手段揭示了氯代Parabens在地表水的光降解半衰期和不同反应类型的贡献比例及在太阳光/PMS工程水处理系统的降解效果，同时还研究了其在两种转化场景下的降解机制。该工作指出太阳光驱动的降解转化可能是氯代Parabens在自然和工程水系统中的重要环境归趋。

作者介绍

季跃飞 副教授，硕士生导师，南京农业大学资源与环境科学学院。从事有机分子光化学和高级水处理方面的研究工作，特别针对药物与个人护理品的光致毒性和环境风险、光敏化降解新兴环境污染物、紫外光高级氧化工艺（UV/H₂O₂、UV/PDS、UV/HOCl）处理持久性有机污染物及有毒有害副产物的形成机制等进行了广泛研究。

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参考文献：

Ye, Z., Shen, Z., Zhang, Y., Rosado-García, F.M., Ye, J., Ji, Y., Yu, X. and Feng, M.  2024.  Solar-driven environmental fate of chlorinated parabens in natural and engineered water systems. Water Research, 122269

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424011680