有机化学品不同温度下(过冷)液体蒸气压预测模型的建立与评价

(过冷)液体蒸气压(PL)是评价化学品在环境中分配、迁移和归趋行为的重要参数。PL具有较强的温度依附性。发展一种能够精确预测不同环境温度下化学品PL的方法,有助于填补化学品生态风险评估的大量数据缺失。本研究收集整理了661种有机化合物在不同温度下(200~830 K)共计10 478个log PL值。在此基础上,采用偏最小二乘(PLS)回归和支持向量机(SVM)方法,构建了PL的线性和非线性预测模型。结果表明:2种模型均具有良好的拟合度、稳健性及预测能力,SVM模型的预测性能略高于PLS模型(PLS:R2adj.tra=0.912,RMSEtra=0.477,Q2ext=0.910;SVM:R2adj.tra=0.997,RMSEtra=0.092,Q2ext=0.967)。机理分析表明,温度是影响PL的主要因素,温度越高,蒸气压越大;其次,X1sol也影响PL大小,X1sol用来描述分子间的色散作用,分子间色散力越小,蒸气压越大;此外,化合物的氢键个数、极性和分子构型等因素也影响PL大小。采用Wiliams plot方法表征了PLS模型应用域。所建立的模型可用来预测烷烃、烯烃、醇、酮、羧酸、苯、酚、联苯、卤代芳香烃、含N化合物及含S化合物在不同温度下的PL数据。     

基于PBPK模型评价三氯乙烯的职业暴露健康风险

三氯乙烯(TCE)作为脱脂和清洗剂被广泛应用于五金、电镀和电子等行业。TCE的职业暴露会产生一系列健康风险,包括过敏症和致癌等。2012年TCE被美国环保局(US EPA)和国际癌症研究机构列为1类致癌物。采用吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法分析了大连市某企业车间生产工况下空气中TCE浓度。基于生理学的药代动力学(PBPK)模型预测了呼吸暴露途径下TCE在职业工人体内组织中的动态分布、代谢产物生成情况和致癌风险。TCE在不同组织中预测的最大浓度呈现出脂肪肠充分灌注室支气管非充分灌注室肝脏静脉血动脉血的趋势。预测的与致癌有关的代谢产物最大浓度表现为三氯乙酸二氯乙酸三氯乙醛S-二氯乙烯基-L-半胱氨酸。在监测的TCE水平(39.2±24.4)μg·m-3下,暴露8 h·d-1,连续暴露20年,基于外暴露评价的职业工人致癌风险均值为1.31×10-5,该暴露水平下,基于PBPK模型预测的TCE内暴露与外暴露计算的致癌风险水平相近,但基于具有致癌性主要代谢产物的内暴露致癌风险值是外暴露风险值的1.17～1.73倍。TCE的暴露水平越高,基于内暴露方法和外暴露方法的致癌风险评价结果差异越大。敏感性分析表明,心输出血流量和充分灌注室血流量对PBPK模型输出结果具有重要影响。不确定性分析表明,模型参数变化会显著地影响PBPK模型输出结果,但变异在可接受水平。本研究结果说明,评价TCE暴露对人的致癌风险需要考虑其在体内的分布和代谢过程。     

几类有机污染物的微塑料/水分配系数的线性溶解能关系模型

水体中的微塑料会吸附其中的有机污染物,影响有机污染物和微塑料的环境归趋和生态毒性。研究微塑料对有机污染物的吸附行为,对于评价有机污染物和微塑料的环境赋存、迁移及生物有效性有重要意义。污染物在微塑料与水之间的平衡分配系数(Kd),是表征微塑料对有机污染物吸附能力的重要参数。实验方法难以逐个测定众多有机污染物的Kd值,有必要发展其预测模型。本研究搜集了有机污染物的线性溶解能关系(LSER)参数及Kd值,构建了可预测有机污染物在聚丙烯微塑料与海水、聚乙烯微塑料与海水、聚乙烯微塑料与淡水之间Kd值的LSER模型。模型具有良好的拟合优度(R2adj介于0.794~0.903)、稳健性(Q2LOO和Q2BOOT分别介于0.763~0.863和0.720~0.804)和预测能力(R2ext和Q2ext分别介于0.886~0.971和0.825~0.954),能够用于预测多氯联苯、多环芳烃、六氯环已烷和氯苯类有机污染物的Kd值。     

腐殖酸与典型碳纳米材料协同光致产生活性氧物种的研究

采用电子自旋共振光谱(EPR)技术,分析腐殖酸在光照下对4种典型碳纳米材料诱导产生单线态氧(~1O_2)和羟基自由基(·OH)的影响。基于密度泛函理论计算4种典型碳纳米材料的前线轨道能,比较了它们分别经能量转移诱导产生~1O_2的能力以及经电子传递诱导产生·OH的能力。结果显示,4种不同形状的碳纳米材料(富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及石墨烯)悬浮液在紫外光照下均无~1O_2和·OH产生。与腐殖酸共同存在下,4种碳纳米材料均显著诱导~1O_2的产生,且富勒烯和石墨烯还能光致生成·OH。协同产生~1_O2的能力大小为:单壁碳纳米管富勒烯多壁碳纳米管石墨烯,协同产生·OH的能力大小为:石墨烯富勒烯。~1O_2的产生能力与碳纳米材料的能隙大小和颗粒聚集程度有关,而诱导产生·OH的能力主要取决于化学硬度。总之,我们的研究表明腐殖酸与碳纳米颗粒可协同产生活性氧物种。     

基于密度泛函理论模拟单壁碳纳米管对五种核酸碱基的吸附

基于密度泛函理论,模拟了单壁碳纳米管(SWNTs)对5种碱基的吸附作用.考察了SWNTs直径、电荷转移量、碱基最高占据分子轨道能(EHOMO)和最低未占据分子轨道能(ELUMO)与SWNTs吸附碱基的吸附能之间的关系.结果表明,随着SWNTs直径的增大,SWNTs吸附碱基的吸附能降低.SWNT(6,6)吸附5种碱基的最低吸附能Emin与由碱基转移到SWNTs的电荷转移量(Q)及碱基的EHOMO线性负相关,相关系数分别为-0.966和-0.804(P<0.05).吸附后SWNTs与碱基的前线轨道无重叠,且SWNTs电子结构未受影响,表明吸附行为属于物理吸附.     

羟基多溴联苯醚对鲤鱼急性毒性及定量结构活性关系

羟基多溴联苯醚是一类具有环境风险的新兴污染物,它们已经在众多环境介质甚至人体内广泛存在。参照GB/T13267-91标准方法,采用静态生物急性毒性试验,测定了6种羟基多溴联苯醚(2′-OH-BDE7、4′-OH-BDE17、2′-OH-BDE28、2′-OH-BDE68、4′-OH-BDE90和2′-OH-BDE123)对普通鲤鱼的急性毒性96 h-LC50值,分别为697、1 130、854、550、644和522 ng.mL-1。除4′-OH-BDE17为高毒物质外,其他5种OH-PBDEs均为剧毒物质,高溴代的2′-OH-BDE123毒性最大。选用OH-PBDEs的KOW参数及由MOPAC软件PM3算法计算出的16个量子化学参数(EHomo、qBr+、ELumo等)为描述符,运用一元线性回归分析分别研究了96 h-LC50与他们之间的相关关系。结果表明:lgKOW和ELumo与6种羟基多溴联苯醚的96 h-lg LC50表现出较好的相关性,复相关系数均大于0.96,根据方程得到的96 h-lg LC50预测值与实验值基本相同,进一步对环境中广泛检出的其它OH-PBDEs的96 h-LC50值也进行了预测。     

染料废水在旋转式光催化反应器中的降解研究

采用旋转式光催化反应器处理染料废水,探讨染料ｐＨ值,液层厚度,反应器转速,光照时间对脱色效率的影响．结果表明,对所试染料品种,ｐＨ６为最佳值,２０ｍｉｎ为最佳反应时间．液层厚度和反应器旋转速度对半导体光催化氧化反应有一定影响．在优化条件下采用悬浮态ＴｉＯ２时,偶氮染料的脱色率为９８％,采用ＴｉＯ２器壁固定时为７８．５％～９１．５％     

煤与秸秆成型燃料的复合生命周期对比评价

利用复合生命周期对比评价方法,引入能量返还率、资源耗竭系数、环境影响负荷和生命周期成本4个参数,对煤和秸秆成型燃料在整个生命周期内的能源消耗、环境影响和经济性做了对比分析.同时,为了平衡能源、环境与经济三者之间的关系,建立EEE (Energy, Environment, Economic)综合指标进行整体评价.结果表明,在整个生命周期内,与煤相比,秸秆成型燃料的能量返还率低、资源耗竭系数小.秸秆成型燃料的全球变暖潜值、酸化潜值、富营养化潜值、工业烟尘、粉尘潜值及固体废弃物潜值均比煤小,因此,秸秆成型燃料的环境影响负荷比煤小.秸秆成型燃料的EEE指标值比煤小79.8%,所以,从平衡生命周期能源消耗、环境排放和经济性角度出发,秸秆成型燃料具有替代煤的潜力.但是,秸秆成型燃料的生命周期成本比煤高,其大力推广需要政府的财政补贴.     

松针生理性质对其富集多环芳烃行为的影响

测定了雪松(Cedrus deodar)和黑松(Pinus thunbergii)松针的脂含量、气孔密度和比表面积等生理性质及松针中多环芳烃 (PAHs)浓度,考察了松针生理性质对其富集PAHs行为的影响.结果表明,雪松松针中PAHs浓度高于黑松,其平均总浓度(ΣPAHs)分别为(1101±692)ng/g和(518±339)ng/g,2种松针对PAHs的富集能力有较大差异,脂含量是决定松针富集PAHs量的首要因素.2种松针中PAHs组成均以3环和4环PAHs为主,分别占ΣPAHs的56%和31%以上.松针对于3环PAHs的富集能力强于4环PAHs,两者浓度差异约为2倍左右;对于5、6环PAHs,未发现其浓度与脂含量之间的相关关系.由于雪松和黑松松针的脂含量随比表面积具有不同的变化趋势,2种松针中PAHs浓度随比表面积的变化趋势相反.对于5、6环PAHs,松针比表面积和气孔密度对其浓度有显著影响.     

L-半胱氨酸对酰胺类除草剂的离体脱氯反应与机制

研究了L-半胱氨酸与酰胺类除草剂的反应动力学、热力学及其机制.结果表明,L-半胱氨酸促进酰胺类除草剂的降解,该反应遵循二级动力学方程;除草剂降解速率同除草剂分子的亲电常数线性相关,降低顺序为甲草胺(kL-cysteine=7.65×10-3mol/(L×s))>乙草胺(kL-cysteine=7.23×10-3mol/(L×s))>丁草胺(kL-cysteine=6.01×10-3mol/(L×s))>S-异丙甲草胺(kL-cysteine=2.15×10-3mol/(L×s)),这与其土壤和高效菌降解速率顺序相一致;产物的质谱鉴定表明,L-半胱氨酸取代除草剂分子中氯原子.表明该反应为双分子亲核取代脱氯反应.热力学分析显示,该反应为焓控反应.除草剂间降解速率的差异性由熵变控制,且除草剂的降解速率与反应熵变(ΔS)具有良好的线性关系,ΔS数值越负,除草剂的降解速率越小.分子中N原子上的醚键取代基支链结构及链长度对反应速率影响较大,而芳环取代基结构没有明显影响.