Effect of substituents in hydroxyl radical-mediated degradation of azo pyridone dyes: Theoretical approaches on the reaction mechanism

Understanding the degradation behavior of azo dyes in photocatalytic wastewater treatment is of fundamental and practical importance for their application in textile-processing and other coloration industries. In this study, quantum chemistry, as density functional theory, was used to elucidate different degradation pathways of azo pyridone dyes in a hydroxyl radical (HO^?)-initiated photocatalytic system. A series of substituted azo pyridone dyes were synthesized by changing the substituent group in the para position of the benzene moiety, ranging from strong electron-donating to strong electron-withdrawing groups. The effect of dye molecular structure on the photocatalytic degradation reaction mechanism was analyzed and quantification of substituent effects on the thermodynamic and kinetics parameters was performed. Potential energy surface analysis revealed the most susceptible reaction site for the HO^? attack. The calculated reaction barriers are found to be strongly affected by the nature of substituent group with a good correlation using Hammett σ_p constants and experimentally determined reaction rates. The stability of pre-reaction complexes and transition state complexes were analyzed applying the distortion-interaction model. The increased stability of the transition state complexes with the distancing from the substituent group has been established.     

精神活性物质在北京市某污水处理厂中的污染特征与生态风险

为了解污水处理厂对精神活性物质的去除特征及总出水对受纳水体的生态风险,采用固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法调查了北京市某污水处理厂中13种精神活性物质的浓度水平与负荷量变化,并运用RQ（risk quotient,风险熵）对总出水中精神活性物质进行风险评估.结果表明:①13种精神活性物质在总进水与总出水中均能检出,总质量浓度平均值分别为2 395.10和63.59 ng/L,其中ρ（EPH）（EPH表示麻黄碱）占比分别为93.9%和67.9%,其次为COD（可待因）与METH（甲基苯丙胺）.污水处理厂上游地表水中ρ（EPH）、ρ（METH）与ρ（KET）（KET为氯胺酮）均高于总出水及其下游地表水,说明上游沿河可能有新的污染源输入.②污水处理厂对NK（去甲氯胺酮）、BE（苯甲酰爱康宁）和MTD（美沙酮）均呈负去除,其他精神活性物质的去除主要发生在二级生物处理与三级处理（超滤膜与UV消毒）阶段.③污水处理厂服务区域内精神活性物质的周内负荷量存在一定波动,AMP（苯丙胺）、METH、MDA（3,4-亚甲二氧基苯丙胺）、MDMA（3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺）、KET与HER（海洛因）的负荷量均在周末升高.④污水处理厂总出水中精神活性物质的生态风险均较低（RQ < 0.10）.研究显示,污水处理厂不能完全去除污水中的精神活性物质,总出水中残留精神活性物质对受纳河流生态系统产生的长期混合效应不容忽视.      

Sources, distribution, and risk assessment of organochlorine pesticides in Nairobi City, Kenya

The distribution and sources of organochlorine pesticides (OCPs) in air and surface waters were monitored in Nairobi City using triolein-filled semipermeable membrane devices (SPMDs). The SPMDs were extracted by dialysis using n-hexane, followed by cleanup by adsorption chromatography on silica gel cartridges. Sample analysis was done by GC-ECD and confirmed by GC–MS. Separation of means was achieved by analysis of variance, followed by pair-wise comparison using the t-test (p≤ 0.05). The total OCPs ranged between 0.018 – 1.277 ng/m³ in the air and <LOD – 1391.000 ng/m³ in surface waters. Based on the results, the means of Industrial Area, Dandora and Kibera were not significantly different (p≤ 0.05), but were higher (p≤ 0.05) than those of City square and Ngong’ Forest. The results revealed non-significant (p≤ 0.05) contribution of long-range transport to OCP pollution in Nairobi City. This indicated possible presence of point sources of environmental OCPs in the city. The water-air fugacity ratios indicated that volatilization and deposition played an important role in the spatial distribution of OCPs in Nairobi City. This indicated that contaminated surface waters could be major sources of human exposure to OCPs, through volatilization. The incremental lifetime cancer risks (ILCR) determined from inhalation of atmospheric OCPs were 2.3745  ×  10^?13 – 1.6845  ×  10^?11 (adult) and 5.5404  ×  10^?13 – 3.9306  ×  10^?11 (child) in the order: Dandora > Kibera > Industrial Area > City Square > Ngong’ Forest. However, these were lower than the USEPA acceptable risks, 10^?6 – 10^?4. This study concluded that atmospheric OCPs did not pose significant cancer risks to the residents.     

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.      

外加氮源影响下铁铝氧化物在土壤氮素转化中的作用

土壤中铁铝氧化物在团聚体稳定性和有机碳吸附方面具有重要作用,而氮添加对土壤氮循环影响的变化也可能与其有关,但是目前尚缺乏在氮循环方面的研究.为了探究铁铝氧化物在土壤氮素转化中的作用,选择福建省建瓯罗浮栲森林土壤为研究对象,采用选择性溶提技术准备不同的土壤——未经处理（T1）的土壤和去除游离态铁铝氧化物（T2）土壤、去除非晶质铁铝氧化物（T3）土壤、去除络合态铁铝氧化物（T4）土壤,在这些土壤中添加不同形态氮（40 mg/kg）——丙氨酸（氨基酸态氮,AA）、硫酸铵（铵态氮,AN）、硝酸钠（硝态氮,NAN）和亚硝酸钠（亚硝态氮,NIN）,进行室内培养试验,分析氮含量变化和氮素转化情况.结果表明:①与CK处理相比,AA和AN处理均增加了T1土壤中w（NH₄+-N）,NAN处理增加了w（NO₃--N）,但低于添加量,表明添加氨基酸和铵态氮均会促进氮矿化,添加硝态氮会增加NO₃--N的固定且抑制其硝化.②在CK处理下,与T1土壤相比,T2和T4土壤中w（NH₄+-N）、w（NO₃--N）和w（氨基酸）均降低,但T3土壤中w（NH₄+-N）和w（氨基酸）增加、w（NO₃--N）降低,表明土壤中游离态氧化铁铝和络合态氧化铁铝的存在有助于氮素矿化,非晶质氧化铁铝有助于硝化.③在不同氮处理下,各土壤的氮含量及其转化速率与CK处理规律相似.与CK处理相比,各氮处理均未显著增加T2和T4土壤中w（NH₄+-N）,且AA和AN处理均未影响T2、T3和T4土壤中w（NO₃--N）和w（氨基酸）.结果显示,氮添加并没有改变铁铝氧化物的作用,其中,矿化和氨化作用均表现为游离氧化铁铝>络合氧化铁铝>非晶质氧化铁铝,硝化作用表现为非晶质氧化铁铝>游离氧化铁铝>络合态氧化铁铝.因此,土壤铁铝氧化物的不同存在状态应该是调节氮素转化的重要土壤条件.      

长三角背景点夏季大气PM2.5中水溶性无机离子污染特征及来源解析

为研究长三角背景点夏季PM_2.5污染特征,于2018年5月30日—8月15日在上海市崇明岛对PM_2.5样品进行昼夜采集,并对其中水溶性无机离子(Cl-、NO₃-、SO₄2-、Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+)进行了分析.运用PSCF(潜在源贡献)方法判别污染物排放源区,并结合PCA(主成分分析)和PMF(正交矩阵因子)源解析探究PM_2.5来源.结果表明:①观测期间崇明岛ρ(PM_2.5)平均值为(33±21)μg/m3,低于GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级标准限值(35 μg/m3),但在部分时段存在显著超标现象,ρ(PM_2.5)最高值在120 μg/m3以上.②水溶性无机离子质量浓度平均值为(14±9.3)μg/m3,占PM_2.5的42.4%,其中SNA(SO₄2-、NO₃-、NH₄+三者统称)为主要离子,占水溶性离子总质量浓度的85.7%.③n(NH₄+)/n(SO₄2-)(NH₄+与SO₄2-的摩尔浓度比)显示,清洁期〔ρ(PM_2.5) < 15 μg/m3〕呈贫铵状态,过渡期〔15≤ρ(PM_2.5)≤35 μg/m3〕和污染期〔ρ(PM_2.5)>35 μg/m3〕均呈富铵状态;过渡期SNA主要以NH₄HSO₄和NH₄NO₃形式存在,而污染期则主要以(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃形式存在.④通过对两次典型污染事件进行离子相关性分析和PSCF分析发现,E1污染事件(5月30日—6月8日)为局地生物质燃烧型污染事件,E2污染事件(7月23日—8月1日)为区域传输污染事件.源解析结果进一步表明,两次典型污染事件期间气态污染物的二次转化对PM_2.5的贡献最显著,贡献率分别为62.8%和59.8%;其次是生物质燃烧,其贡献率分别为32.5%和20.1%;E2污染事件期间海盐源对崇明岛PM_2.5贡献率较高(16.6%),远超过E1污染事件期间对PM_2.5的贡献率(2.7%).研究显示,区域输送对崇明岛PM_2.5有显著贡献,二次颗粒物累积是崇明岛PM_2.5超标的主要原因.      

病毒在无生命物体表面存活时间及其影响因素分析

2020年3月11日,世界卫生组织宣布新型冠状病毒肺炎（COVID-19,简称“新冠肺炎”）疫情全球大流行.病毒性传染病在人群中的发生需具备3个相互关联的条件,即传染源、传播途径和易感人群,其中传播途径是一个关键环节.从环境传播的角度,综述了包括SARS（重症急性呼吸综合征）病毒、MERS（中东呼吸综合征）病毒等病毒在无生命物体表面的存活时间及影响因素.结果表明:包括冠状病毒在内的一些具有传染性的病毒能在多种无生命物体表面存活一定时间,进而可能通过物体表面进行环境传播,造成潜在的健康风险;物体材质、温度、湿度以及病毒载量等因素是影响病毒在无生命物体表面存活的主要因素.在上述分析的基础上,对医疗废物和生活垃圾的收集、运输、处理等过程提出了针对性的防控措施,以期对新型冠状病毒（2019-nCoV）以及未来可能出现的其他病毒的环境传播防控对策提供参考.      

2006-2017年四川盆地MODIS气溶胶光学厚度时空变化特征

四川盆地地形复杂、气候特殊,是我国颗粒物污染高发地.为探究四川盆地气溶胶分布和周期变化特征,深入认识气溶胶污染特性及其气候效应,结合卫星遥感探测方法,利用2006-2017年MODIS C006 3 km AOD（气溶胶光学厚度）产品,分析了四川盆地AOD的时空特征.结果表明:①MODIS AOD（MODIS数据反演的气溶胶光学厚度）与太阳光度计CE318观测的AOD、ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）线性相关系数分别为0.78、0.77、0.75,表明MODIS C006 3 km AOD产品适用于四川盆地颗粒物污染研究.②四川盆地AOD平均值范围为0.1~1.3,其中,成都平原和四川盆地东南部地区是AOD高值（AOD值>1.0）中心,四川盆地周边高海拔区AOD均小于0.3.③2006-2017年AOD年均值范围为0~2.5,整体呈"倒N型"曲线下降,其峰值和谷值分别出现在2013年和2017年;2013年AOD大于1.0的区域占四川盆地的34.1%,是12 a中颗粒物污染最重的一年;2017年AOD小于0.3的面积占57.1%.④AOD季节性变化呈春季最大、夏季次之、秋季最小的特征.⑤AOD月变化呈"双峰型"波动特征,AOD月均值范围为0~2.5,其中,2-5月AOD月均值均大于0.7,8月AOD月均值为0.6,11-12月AOD月均值均小于0.5.研究显示,四川盆地颗粒物污染防治应以成都平原城市群和四川省南部城市群为主,应重点控制细颗粒物排放,合理安排工业企业的周期性生产强度.      

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

我国燃煤电厂大气汞控制技术综合评估与对策探讨

采用模糊综合评价法与层次分析法或专家判定法相结合,对我国燃煤电厂非常规污染物大气汞控制技术进行了综合评估,以筛选出最佳控制技术.建立了环境、经济和技术为一级指标的三层指标体系,共22个评价指标;初步筛选出洗选煤+烟气净化协同脱除技术、烟气净化协同脱除技术、烟气净化协同脱除技术+活性炭吸附技术等七项技术及技术组合并对其开展评估.结果表明:强调环境因素的层次分析法综合评估结果表明,超低排放协同脱除技术+活性炭吸附技术得分最高（0.797 0）,为最佳控制技术.而专家判定法与强调经济因素的层次分析法的综合评估结果一致,洗选煤+烟气净化协同脱除技术最具经济优势,是专家认可的最佳可用技术（BAT）和最佳环境实践（BEP）.研究显示,我国现阶段可采用洗选煤+超低排放协同脱除技术对燃煤电厂的大气汞污染进行控制,但为达到发达国家的严格排放标准,必须采用超低排放协同脱除技术+活性炭吸附技术.