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雌二醇在海水消毒过程中的转化机制及副产物的控制研究

2020-12-02阅读(912)

雌二醇在海水消毒过程中的转化机制及副产物的控制研究

论文摘要

环境雌激素（EEs）的残留不仅会引发水体污染,在水体进行氯化消毒时,还难以避免的与消毒剂反应生成EEs基消毒副产物（DBPs）,产生二次污染。饮用水中EEs作为Cl-DBPs前体物的研究已见报道,但对于含有Br-的水体如海产养殖水,在氯化消毒时EEs将产生毒性更强的新型Br-DBPs。本文主要研究了 17β-雌二醇（E2）在海水氯化消毒过程与消毒剂NaCIO相互作用后的转化,包括反应动力学、E2反应活性位点、转化途径、生成的Br-DBPs的产物结构和形成机理和生物毒性进行分析;利用QSAR模型分析揭示以EEs为前体物的卤代DBPs的生物毒性;并利用紫外激活过硫酸盐（UV/PS）高级氧化技术降解E2以控制DBPs的生成。研究表明:（1）在不同水环境中的E2和NaCIO反应过程中,E2的降解速率与初始pH值和水样类型有关,在淡水、海产养殖水和海水中,反应速率常数分别为0.133 min-1、2.067 min-1和2.592 min-1。产生上述现象的原因是由于三种水中溴离子（Br-）的浓度不同造成的,Br-能促进NaCIO与E2反应。此外,Br的存在也可能导致溴代DBPs（Br-DBPs）的形成。实验探究了反应中生成的DBPs、E2上的反应中心位点和以及对E2转化过程进行了探索。实验观察到7个卤代DBPs,其中包括3个氯化DBP。（Cl-DBPs）和4个Br-DBPs。研究发现E2的反应活性位点是五元环和苯环上苯酚位置的邻位C9-C10位点。（2）以logKow做为参数指标来构建的QSAR模型证明Br-DBPs中当化合物结构相似时随着卤素原子个数的增加,化合物生物毒性增加。采用化合物的log BCF值作为预测指标使用EPI-suite模拟测定实验中所得的E2卤代DBPs中Br-DBPs的生物毒性大于其氯代相似物。（3）反应体系的pH会影响UV/PS降解E2的速率,在中性条件下降解速率最快,过碱或过酸都会抑制反应的进行;而在水体中的阴离子如Br-,Cl-会促进UV/PS降解E2的反应,HCO3对反应有一个抑制作用,SO42-和阳离子（Na+,Mg2+,K+）对降解速率基本无影响;在半咸水和淡水中都检测到了相同的中间产物,且UV/PS降解E2同时是一个矿化过程,在反应8h时矿化率可达到90.97%;UV/PS体系中E2主要通过加羟基、脱氧加氢等反应被降解,E2反应位点主要位于苯环上,主要有五元环上羰基化,C10和C5之间的键断裂导致脱去苯环以及C2和C3位点羧基化等反应;在卤素离子存在时,UV/PS降解E2的过程中不会产生卤代DBPs;UV/PS体系中存在的E2可以抑制溴酸盐的生成,证明UV/PS相对于传统氯化消毒是一种安全可靠的降解E2的方法。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 消毒和DBPs研究进展
  •     1.2.1 水处理中常用消毒方法
  •     1.2.2 DBPs研究现状
  •   1.3 环境雌激素概述
  •     1.3.1 E2的来源
  •     1.3.2 E2污染现状及其危害
  •     1.3.3 以E2为前体物的卤代DBPs
  •   1.4 水处理中DBPs的控制技术
  •     1.4.1 UV联合氧化消毒技术
  •     1.4.2 UV/PS氧化技术
  •   1.5 本课题研究概况
  •     1.5.1 研究目的和意义
  •     1.5.2 研究思路与内容
  •     1.5.3 课题创新点
  •     1.5.4 技术路线图
  • 第二章 实验材料和方法
  •   2.1 实验材料
  •     2.1.1 实验试剂
  •     2.1.2 实验仪器
  •     2.1.3 实验软件
  •   2.2 实验方法
  •     2.2.1 氯化实验
  •     2.2.2 UV/PS降解实验
  •   2.3 分析方法
  •     2.3.1 E2分析方法
  •     2.3.2 溴酸盐分析方法
  •   2.4 产物识别
  •   2.5 定量结构-活性关系（QSAR）方法
  •     2.5.1 QSAR简述
  •     2.5.2 QSAR分子描述符
  •     2.5.3 QSAR建模方法
  • 第三章 氯化消毒中以E2为前体物的DBPs的生成及机理分析
  •   3.1 E2与NaClO的反应动力学
  •     3.1.1 不同消毒水体对反应动力学的影响
  •     3.1.2 pH对反应动力学的影响
  •   3.2 DBPs及E2反应活性位点识别
  •   3.3 E2与NaClO反应途径分析
  •     3.3.1 淡水中的反应途径
  •     3.3.2 半咸水和咸水中的反应途径
  •   3.4 以E2为前体物的DBPs在实际海产养殖水中的检测
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 以E2为前体物的氯化消毒DBPs毒性模拟分析
  •   4.1 QSAR模型的建立
  •     4.1.2 实验数据的收集与整理
  •     4.1.3 分子结构描述符的计算
  •     4.1.4 线性QSAR模型的建立
  •     4.1.5 模型外部验证
  •   4.2 模型预测能力
  •   4.3 应用域表征
  •   4.4 物质毒性预测结果
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 UV/PS法降解E2及DBPs的控制分析
  •   5.1 UV/PS对E2的降解动力学
  •     5.1.1 PH对反应动力学的影响
  •     5.1.2 不同消毒水体对反应动力学的影响
  •     5.1.3 TOC的测定
  •   5.2 E2的反应位点识别及UV/PS降解E2的途径
  •     5.2.1 E2的反应位点识别
  •     5.2.2 UV/PS降解E2的途径
  •   5.3 无机DBPs的生成与控制
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表学术论文目录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 邵亚男

    导师: 张媛媛

    关键词: 雌二醇,次氯酸钠

    来源: 广西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 海洋学

    单位: 广西大学

    分类号: P74

    总页数: 87

    文件大小: 5820K

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