氯代芳香族化合物结构-电化学还原电位定量关系的贝叶斯规整化BP神经网络模型

将贝叶斯规整化误差反向传播神经网络(BRBPNN)应用于环境领域的 QSPR模型.采用ChemOffice2004内置的MOPAC 2000计算了6种量子化学参数(分子最高占据能EHOMO、分子最低占据能ELUMO、分子生成热HF、分子偶极矩DIP、分子的电子能量EE和分子的核核排斥能CCR)以及氯原子数(Cl)和分子量(MW),建立了87种氯代芳香族化合物结构与电化学还原电位定量关系的BRBPNN模型.最优网络模型结构为6-20-1,其电化学还原电位的拟合及预测能力明显优于逐步线性回归模型,其训练集和预测集的相关系数平方和均方根误差(MSE)分别达到0.999和0.000105,0.965和 0.00159.最优模型输入节点到隐含层权重平方和的分布规律揭示出各种描述符对还原电位的影响大小依次为: E_LUMO>E_HOMO>HF>CCR>EE>DIP.由散点图揭示出影响为正有EE;影响为负有E_LUMO,HF,DIP;影响无明显正负性的有E_LUMO,CCR.结果表明,贝叶斯规整化大大方便了网络规整化参数选择,保证了网络的优良概括能力和稳健性.本研究对氯代芳香族化合物采用电化学处理的适用性以及分析相应电化学降解机理提供了依据.     

邻苯二甲酸酯类化合物正辛醇-水分配系数的QSPR研究

采用PM3算法计算邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)的量子化学参数,应用偏最小二乘(PLS)算法建立了PAEs的正辛醇-水分配系数(K_OW)的定量结构-性质相关(QSPR)模型.模型的结果表明,用量子化学参数建立的QSPR模型相关性显著,具有较好的稳健性和预测能力,因此,利用该模型可对其他PAEs分子的lgK_OW值进行初步预测.模型的结果表明,影响lgK_OW的主要量子化学参数是分子总能量TE、相对分子质量M_r、平均分子极化率α和分子生成热ΔH_f.lgK_OW随着M_r和α的增大而增大,随着TE和ΔH_f的增大而减小.     

典型有机污染物影响下海水二氧化碳体系变化的室内模拟研究

通过室内模拟实验,研究了典型有机污染物［乙醇、丙酮、尿素(ON)和多灭磷(OP)］对海水pH和二氧化碳体系的影响.结果表明,t=7　d时,低浓度的醇和酮（<0.5 mmol·L^-1）促进生物固碳体系生长,相应水体中的pH值升高,而DIC、HCO^-₃和p(CO²)与对照组相比都明显下降（p<0.01）;引起DIC、HCO^-₃及p(CO²)下降幅度最大的醇和酮浓度分别为0.25 mmol·L^-1和0.1 mmol·L^-1. 当醇、酮达到一定浓度后,藻类固碳能力开始下降,甚至分解并转化为无机碳,从而引起DIC、HCO^-₃和p(CO²)含量的升高及pH值的下降.实验设计范围内的ON和OP添加组中,上述二氧化碳体系各组分含量与其初始值相比,均呈现负变化,即对应水体中DIC、HCO^-₃和p(CO²)均在降低.t=7　d时, 4种典型有机污染物影响下的DIC变化幅度(ΔDIC)与相应水体中孔石莼干重变化量(Δm)呈现显著负相关（p<0.01或p<0.05）,相关系数分别为：-0.902、 -0.945、 -0.898和-0.918.造成以上差异的原因与生物固碳体系在不同种类不同浓度有机污染作用下对海水二氧化碳利用性不同有关.     

臭氧-生物活性炭对南方河网典型污染物的去除特性

以我国南方河网原水中有机物和季节性溴化物(Br^-)为对象,研究臭氧-生物活性炭(BAC)工艺净化过程中有机物相对分子质量(M_r)分布变化及溴酸盐(BrO^-₃)和消毒副产物(THMs)的形成规律.结果表明,原水中M_r在10³以下的有机物(DOC)约占总量的80%,常规工艺主要表现为对M_r >100×10³有机物的去除,出水DOC去除率为8%、 SUVA(UV₂₅₄/DOC)值下降14%;臭氧-活性炭工艺主要去除10³<M_r<5×10³的有机物,但亲水性小分子有机物抑制生物降解作用,出水DOC去除率仅提高至30%、SUVA值下降31%.当臭氧投加量高于2 mg/Ｌ时,臭氧氧化出水中BrO^-₃增加明显,氧化过程原水中Br^-浓度升高BrO^-₃生成量增大;生物活性炭对BrO^-₃的去除率平均仅为13%,且波动较大.与常规处理相比,臭氧-生物活性炭处理后各类THMs均有减少,总量减少40%;但氯量和Br^-对溴代副产物影响大,主要为CHBr₃生成量增加.     

太湖北部沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征

综合应用高效体积排阻色谱、三维荧光光谱、红外光谱及元素分析等方法,研究了太湖北部3个湖区表层(0～10 cm)沉积物不同形态磷提取液中有机质的特征,并探讨了有机质与磷之间的关系.结果发现,沉积物中总磷的含量与其上覆水体的营养水平相一致;有机C/N、C/P比值在8.5～11.9和188.5～256.6之间,表明沉积物中有机质以湖泊内源自生为主,受陆源输入的影响很小.不同磷形态提取液中有机质的相对分子质量分布和三维荧光光谱存在很大差异,但不同沉积物之间的差别并不显著.3种提取液中有机质的相对分子质量顺序依次为：HCl＞NaOH＞NaHCO₃,其重均相对分子质量(M_w)和数均相对分子质量(M_n)分别在4 983～5 873和3 642～5 065、 3 628～4 198和2 334～2 616、 3 282～3 512和2 249～2 380之间,可能反映了不同提取液中有机磷的组成及其生物活性的不同.沉积物提取液中有机质的三维荧光光谱均以类富里酸荧光峰A(E_x/E_m=230～260　nm/360～470　nm)或C(E_x/E_m=290～320　nm/390～460　nm)为主,NaHCO₃和HCl提取液中还分别发现了类蛋白荧光峰B(E_x/E_m=275～280　nm/340～360　nm)和D(E_x/E_m=225　nm/330～350　nm)及类腐殖酸荧光峰E(E_x/E_m=360～375　nm/460～470　nm).这些荧光光谱特征不仅揭示了不同提取液中有机质组成的差异,而且可能表明了太湖沉积物中有机质的降解受到再悬浮作用的强烈影响.此外,沉积物胡敏酸红外光谱中1 059～1 082　cm^-1的吸收谱带也可能反映了磷酸盐的存在.     

溴化十四烷基吡啶对膨润土吸附萘的增强效应及机理

研究了溴化十四烷基吡啶(MPB)对膨润土吸附萘的增强效应、机理及影响因素,试图为有机膨润土在污染环境修复中的应用提供新的技术路线.结果表明,MPB能显著增强膨润土对萘的吸附作用,增强效应及机理与MPB浓度有关.当MPB平衡浓度(X)在0～1/10CMC之间,MPB几乎全部被膨润土吸附,对萘产生分配作用,其表观分配系数(K_d^*)随MPB加入量的增大而急剧增大;当X在1/10CMC～ICMC之间,由于表面活性剂的吸附作用及其单体的增溶作用,K_d^*值则缓慢减小;当X大于1CMC,由于增加的表面活性剂主要起胶束增溶作用,K_d^*值则急剧减小.引入了标化表观分配系数(K_oc^*)探讨萘在表面活性剂-膨润土-水体系中的吸附机理,其倒数(1/K_oc^*)与X呈线性关系;由线性斜率和截距可求得K_oc、K_mn、K_mc参数.     

城市不同类型水体有色可溶性有机物来源组成特征

过去几十年里,我国飞速的工业活动和城市化进程对城市地表水体生态系统产生巨大影响,地表水体水质变化直接影响城市居民用水安全、城市景观维护及城市热点区域碳循环过程.通过2020年6月采集长春市各类水体（城市河流、公园湖泊及水库）共50个样品,结合光谱吸收及三维荧光光谱-平行因子分析法（EEMs-PARAFAC）分析了各类水体的有色可溶性有机物（CDOM）光学特性、组成特征及潜在来源.结果表明,长春市城市河流DOC浓度显著高于水库水体（t-test,P<0.05）.城市河流水体的CDOM吸收系数a₂₅₄均值显著大于公园湖泊和水库（t-test,P<0.05）,表明城市河流水体中CDOM浓度最高.CDOM光谱吸收斜率S_275-295与光谱吸收斜率比S_R均值均表现为公园湖泊>水库>城市河流（t-test,P<0.001）.平行因子分析法解析三维荧光光谱得到3个荧光组分,陆源类腐殖酸C1（E_x=260 nm,E_m=452 nm）、微生物作用类腐殖酸C2（E_x=245/290 nm,E_m=388 nm）和类色氨酸C3（E_x=275 nm,E_m=340 nm）.城市河流水体各组分荧光强度均值均显著高于公园湖泊与水库（t-test,P<0.005）,水库水体陆源类腐殖酸C1荧光强度均值显著高于微生物作用类腐殖酸C2和类色氨酸C3（t-test,P<0.005）,城市居民生活污水排放对长春市城市水体,尤其是城市河道中有机碳贡献较大,且该部分有机质中微生物降解潜力强的类蛋白组分贡献率高.因此,应加强城市污水排放管控以有效保障长春市城市水体经济、环境与生态功能的发挥.     

贵州喀斯特水库红枫湖、百花湖P(CO2)季节变化研究

针对贵州喀斯特地区富营养水库（红枫湖、百花湖）表层水中的CO₂分压P(CO₂)进行为期1 a的监测,分析了影响两湖P(CO₂)季节变化的因素并阐明了两湖P(CO₂)季节变化的机理.不同于北部温带地区水库,两湖出现明显的季节变化特征：夏季表层水中CO₂欠饱和,其他季节CO₂过饱和.通过对物理、化学及生物因素与P(CO₂)之间的相关性分析. 结果表明,两湖P(CO₂)与Chla之间存在的显著负相关,是由于浮游植物光合作用与细菌呼吸作用共同影响的结果,也是两湖P(CO₂)出现季节变化的主要原因.水温与P(CO₂)之间的显著负相关,主要是由于水温影响浮游植物生长引起的.降雨量与P(CO₂)之间的显著负相关,主要是由于降雨量影响水库中营养盐的输入和浮游植物生长引起的.NO^-₃、NO^-₂与P(CO₂)之间的显著正相关,是藻类吸收与有机质降解、硝化反应等共同作用的结果.SiO^{2-₃与P(CO₂)之间的显著负相关,是SiO2-₃受降雨输入及藻类吸收共同影响的结果.而两湖DOC与P(CO₂)相关性的差异可能与两湖DOC来源不同有关.}     

钢铁生产行业二英污染特征变化及其排放因子

对我国某省多家钢铁生产企业烧结工序和电炉工序排放烟气中二英（PCDD/Fs）污染水平、排放特征及其排放因子进行了初步研究.结果表明,烧结工序PCDD/Fs毒性当量浓度（以I-TEQ计,下同）为0.003~0.557 ng·m^-3,均值为0.165 ng·m^-3;电炉工序PCDD/Fs毒性当量浓度为0.006~0.057 ng·m^-3,均值为0.025 ng·m^-3.PCDD/Fs毒性当量浓度水平总体较低,较2005~2019年研究报道结果下降1~2个数量级.2005~2020年,钢铁生产行业排放PCDD/Fs毒性当量浓度水平先升高后降低,尤其是新的标准限值实施以及对烟尘等常规污染物进行超低排放控制后,呈现大幅下降.指纹谱图特征显示,所有烟气样品17种PCDD/Fs中最大浓度贡献单体为2,3,7,8-TCDF,与已有研究中以高氯代PCDFs和PCDDs为主不同,且低氯代PCDFs占比有所增加,表明PCDD/Fs生成主要来源有所变化.烧结工序和电炉工序PCDD/Fs同类物指纹分布特征相似,呈现典型的高温热过程特征,两个工序生产过程中PCDD/Fs的生成机制可能均为"从头合成".钢铁生产企业烧结工序PCDD/Fs废气排放因子（以I-TEQ计,下同）为0.003~0.5 μg·t^-1,排放因子平均值为（0.18±0.22）μg·t^-1;电炉工序PCDD/Fs废气排放因子为0.04~0.5 μg·t^-1,排放因子平均值为（0.27±0.23）μg·t^-1;低于UNEP于2013发布的"二英和呋喃排放识别和量化标准工具包"以及2004年我国二英排放清单中的排放因子,建议对我国钢铁生产行业PCDD/Fs排放状况开展调查,更新排放因子.     

Photocatalytic degradation of perfluorooctanoic acid with β-Ga2O3 in anoxic aqueous solution

Perfluorooctanoic acid (PFOA) is a new-found hazardous persistent organic pollutant, and it is resistant to decomposition by hydroxyl radical (HO·) due to its stable chemical structure and the high electronegativity of fluorine. Photocatalytic reduction of PFOA with β-Ga₂O₃ in anoxic aqueous solution was investigated for the first time, and the results showed that the photoinduced electron (e_cb^-) coming from the β-Ga₂O₃ conduction band was the major degradation substance for PFOA, and shorter-chain perfluorinated carboxylic acids (PFCAs, C_nF_2n+1COOH, 1 ≤ n ≤ 6) were the dominant products. Furthermore, the concentration of F^- was measured by the IC technique and defluorination efficiency was calculated. After 3 hr, the photocatalytic degradation efficiency was 98.8% and defluorination efficiency was 31.6% in the presence of thiosulfate and bubbling N₂. The degradation reaction followed first-order kinetics (k = 0.0239 min^-1, t_1/2 = 0.48 hr). PFCAs (C_nF_2n+1COOH, 1 ≤ n ≤ 7) were detected and measured by LC-MS and LC-MS/MS methods. It was deduced that the probable photocatalytic degradation mechanism involves e_cb^- attacking the carboxyl of C_nF_2n+1COOH, resulting in decarboxylation and the generation of C_nF_2n+1·. The produced C_nF_2n+1· reacted with H2O, forming C_nF_2n+1OH, then C_nF_2n+1OH underwent HF loss and hydrolysis to form C_nF_2n+1COOH.     

部分PCDDF水溶解度的定量结构-性质关系

以量子化学PM3算法计算得到的12个量子化学参数作为分子结构描述符，运用偏最小二乘分析，首次建立23种PCDD/F水溶解度（logSw)的定量结构-性质关系模型。PCDD/F的Sw随着其分子量的增大而减少；随着其分子最低未占据轨道能（Eluno)的增大而增大，推测PCDD/F分子与水分子之间存在着电荷转移相互作用。     

酚类化合物在模拟海水中的生物耗氧特性及其构效相关研究

测定了10种酚类化合物在模拟海水中的ρ(BOD5),并采用一阶价分子连接性指数(1XV)、二阶价分子连接性指数(2XV)、辛醇-水分配系数(lg KOW) 、分子最高占据轨道能(EHOMO)、分子最低空轨道能(ELUMO)和分子偶极距(μ)作为受试化合物的分子结构参数进行构效相关(QSAR)分析.结果表明:在初始质量浓度相同的情况下,烷基酚类化合物的ρ(BOD5)随着取代烷基的增大而减小.同一取代基取代位置不同,ρ(BOD5)也不同.对于同一取代位置,甲基酚的ρ(BOD5)要大于氨基酚.空间参数是影响酚类化合物在模拟海水中耗氧特性的主要因素,化合物的亲脂性对ρ(BOD5)的影响也不容忽视,而电性效应对酚类化合物在模拟海水中ρ(BOD5)的影响表现得并不明显.      

基于DFT的二英脂-水分配系数QSPR研究

基于密度泛函理论,利用多氯二苯并对二(噁)英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)几何构型全优化而得的量子化学和延伸计算参数:前线轨道能、熵、无迹四极矩、分子绝对硬度、电负性和亲电指数等,对两类化合物在(虹鳉)脂-水间的平衡分配性质进行了定量化模型研究,并由多元线性回归分析(MLR)建立了二次函数型的定量结构-性质相关关系(QSPR):lgKbw=5.343-0.001(S-125.480)2-0.355(ω-3.239)2 0.006(Qzz-2.950)2-22.728(η-2.365)2.结果表明,模型具有较高的拟合优度与稳健性,其决定系数和交叉验证相关系数分别为0.943和0.908,且模型的内外部预测性能理想,总体质量明显优于SOFA(solubility parameter for fate analysis)计算结果,可用于未知脂-水分配性质的预测; PCDD/Fs脂-水平衡分配(系数)主要与分子体积以及由电荷分布决定的芳烃分子间相互作用有关,也受潜在的生物转化和分子反应性的影响.     

密度泛函方法预测二英类化合物(PCDD/Fs)的正辛醇/水分配系数

在B3LYP/6-31G水平上全优化计算了多氯代二苯并—对-二英和多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)系列物的分子结构;基于得到的分子结构描述符,依据修正的线性溶解能理论,分别建立了PCDDs和PCDFs的正辛醇/水分配系数的定量结构-性质关系模型(R2分别为0.985和0.966),并用交叉验证法对模型进行了验证(q2分别为0.983和0.936),用t-检验对各变量进行了检验.检验结果表明,模型的预测能力优于AM1法、单苯环氯取代指数法和拓扑量子方法得出的模型.     

Photolysis of mono- through deca-chlorinated biphenyls by ultraviolet irradiation in n-hexane and quantitative structure-property relationship analysis

The photolysis of 16 polychlorinated biphenyls （PCBs） （including mono- through deca-chlorinated） in n-hexane was investigated under ultraviolet irradiation using a 500-W high-pressure mercury lamp. Photolysis of PCBs follows pseudo-first-order reaction kinetics, with photolysis rate constants ranging between 0.0011 s^-1 for PCB-52 and 0.0574 s^-1 for PCB-118. The degradation rates of PCBs by high-pressure mercury lamp irradiation were remarkably independent with respect to the degree of chlorination. Furthermore, partial least squares （PLS） models were developed to provide insight into which aspect of the molecular structure influenced PCB photolysis rate constants. It was found that the photolysis rates of PCBs increased with an increase in the net charge on the carbon atom （qc）, （ELUMO-EHOMO）^2, and the Y-axis dipole moment （μy） values, or the decrease in the energy of the second highest occupied molecular orbital （EHOMO-1）, energy of the lowest unoccupied molecular orbital （ELUMO）, ELUMO ＋ EHOMO, ELUMO - EHOMO, most positive atomic charge （q^＋）, and the twist angle of the chlorine atom （TA） values.     

二英分子结构-水溶解度相关性密度泛函理论研究

运用密度泛函理论,在B3LYP/6-311G^**水平上,对多氯二苯并对二英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)的电子结构进行了优化,相应量子化学参数,即平均分子极化率(α)、熵(S)、极化率和四极矩的张量分量(α_xx、α_yy、α_zz和Q_xx、Q_yy、Q_zz)等用于该类化合物水溶解度的定量结构-性质相关性（QSPR）研究;基于内部误差一致的实验值,成功建立了3个QSPRs,其决定系数分别为0 .977、0 .968和0 .961;交叉验证相关系数分别为0 .968、0 .959和0 .946.模型分析表明,水溶解度主要与分子体积有关,而分子间相互作用的影响较小;不同QSPRs预测值间的差异可能与模型中预测变量本身性质和可获取实验值的有限性有关.与新近发展的QSPR相比较,本研究模型性能均有提高,这可能与B3LYP/6-311G^**精确计算电子性质和模型中引入四极矩张量分量有关.     

某垃圾焚烧厂投产前后周边土壤二英类化合物的分布

为研究垃圾焚烧厂运行对周边土壤二英类化合物（PCDD/Fs）含量的影响,采集了珠三角地区某垃圾焚烧厂投产前和投产后周边土壤样品,分析研究了该垃圾焚烧厂运行对周边土壤中PCDD/Fs含量和组分的变化.结果表明:①2012年（投产前）珠三角地区某垃圾焚烧厂周边土壤PCDD/Fs含量较低,范围为163~591 ng/kg（毒性当量范围为0.198~0.863 ng I-TEQ/kg,I-TEQ为国际毒性当量因子折算的毒性当量值）;2017—2019年（投产后）周边土壤PCDD/Fs含量范围为151~1.75×103 ng/kg（毒性当量范围为0.812~3.88 ng I-TEQ/kg）,与其他研究相比处于较低的水平.②投产后,距该垃圾焚烧厂较近（1.5 km）的采样点（S1）土壤PCDD/Fs含量逐年增长,在较远（5.2 km）但人口较密集的采样点（S3）土壤PCDD/Fs含量整体较高,但呈逐年下降趋势.③投产后,土壤中的17种PCDD/Fs单体组分中,毒性当量贡献率最高的单体为八氯二苯并二英（OCDD）和2,3,4,7,8-五氯二苯并呋喃（2,3,4,7,8-PeCDF）,二者毒性当量贡献率范围为15.7%~45.4%.④在同一采样点土壤PCDD/Fs单体组分年间差异不明显,但同一年份不同采样点差异明显.研究显示,目前该垃圾焚烧厂周边土壤PCDD/Fs含量较低,但仍需要长期监测其可能带来的风险.      

医疗废物焚烧厂周边环境空气中二英浓度分布及其健康风险评估

于2015-2018年冬季（12月-2月）对广东省某医疗废物焚烧厂排放烟气及焚烧设施周边2.5 km范围内6个采样点分别进行了4次烟气和环境空气样品采集,应用高分辨气相色谱/高分辨质谱（HRGC-HRMS）联用技术对二（口恶）英（PCDD/Fs）浓度水平进行监测并对其组成特征进行了分析,运用主成分分析法（PCA）对周边环境空气中二（口恶）英来源进行了初步解析,同时采用VLIER-HUMAAN模型评估其对人体的健康风险.结果表明该医疗废物焚烧厂烟气二（口恶）英毒性当量浓度为0.542~21.300 ng·Nm^-3（以I-TEQ计）,排放水平较高;周边环境空气中PCDD/Fs质量浓度和毒性当量浓度变化范围分别为0.682~196.000 pg·m^-3和0.036~17.700 pg·m^-3（以I-TEQ计）,周边环境空气中PCDD/Fs浓度明显受到排放源烟气落地点的影响.空气样品中二（口恶）英同族体及异构体分布指纹谱图与该焚烧设施排放烟气类似,空气质量浓度主要贡献单体以OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、OCDF以及1,2,3,4,6,7,8-HpCDD为主,主要毒性贡献单体为2,3,4,7,8-PeCDF.PCA源解析结论与指纹谱图特征分析结论基本一致,该研究区域中环境空气二（口恶）英主要来源于医疗废物焚烧烟气排放.健康风险评估结果表明,该区域人群呼吸暴露风险总体处于较为安全的水平（0.0032~0.141 pg TEQ·kg^-1·d^-1）,部分个体的呼吸暴露贡献率超过了评价限值,应引起重视.     

废物焚烧厂烟气中PCDD/Fs和PCNs的排放特征

采用同位素内标稀释高分辨气质联用分析法,对废物焚烧厂的烟气样品PCDD/Fs和PCNs进行了测定,分析了其排放特征以及相关性,为有组织排放的PCDD/Fs和PCNs的控制提供理论依据.实验结果表明,空白实验中未发现明显的背景干扰;样品中PCDD/Fs的采样内标回收率范围为74.0%~90.1%,提取内标的回收率范围为53.3%~120.0%,均符合US EPA23和CHN HJ77.2-2008的质量控制标准;PCDD/Fs的同系物浓度均随着氯取代数目的增加而增加,而PCNs同系物则随着氯取代数目的增加表现出先增大后减小的规律.同系物之间的皮尔森相关系数分析结果可知,这两类污染物相邻同系物相关性系数明显大于非相邻同系物相关性系数,表明低氯代同系物可能是生成高氯代同系物的一个重要途径.此外,PCNs和PCDD/Fs同系物的线性相关分析结果表明,一些PCNs化合物（PeCN、HxCN、HpCN、OCN）与某些PCDD/Fs（OCDD、PeCDF、HxCDF、HpCDF）具有良好的相关性（R²=0.55~0.78）,由此推断在废物焚烧过程中这些同系物可能具有相类似的生成机制.