气相有机化学品与羟基自由基反应速率常数的QSAR模型

气相中有机化学品与羟基自由基(!OH)反应速率常数(k_(OH))是评价化学品大气持久性的重要参数.而化学品种类繁多,现有的k_(OH)实验数据不能满足其生态风险评估的需求.因此,需要建立一种能够快速预测有机化学品k_(OH)的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了917种有机化合物的k_(OH)实验值,采用逐步多元线性回归法(MLR)和支持向量机法(SVM)分别构建了用于预测多种类化合物lgk_(OH)的线性和非线性定量结构-活性关系(QSAR)模型.基于MLR的预测模型具有良好的拟合度(经校正的相关系数的平方R_(adj.tr)~2=0.862、均方根误差RMSE_(tr)=0.455)、稳健性(交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.856)和预测能力(外部验证系数Q_(ext)~2=0.850).基于SVM的预测模型也具有良好的拟合度(R_(adj.tr)~2=0.915,RMSE_(tr)=0.358)和预测能力(Q_(ext)~2=0.860).机理分析表明,最高占据分子轨道能(E_(HOMO))、卤素原子在分子中所占的百分比(X%)和分子中具有=CH—结构的数目(NdsCH)是最重要的3个描述符,解释了数据集78.3%的方差.采用Williams法表征模型的应用域.所建立的模型可用于预测烷烃、烯烃、炔烃、芳香族化合物、醇类、酮类、醚类、醛类、酸类、酯类、卤代化合物、含氮化合物、含硫化合物等室温下的k_(OH).     

外源化合物在鱼体内生物半减期的QSAR模型

生物半减期(t1/2)是评价外源化合物在鱼体内蓄积效应的重要参数。实验测定t_(1/2)的速度慢、成本高,难以满足化学品生态风险评价的需求,需要发展替代实验的模型预测方法。本研究搜集了653种化合物t1/2实测值,采用多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM) 2种方法,建立了鱼体logt1/2的定量构效关系(QSAR)预测模型。MLR模型的校正决定系数(R(adj)~2)为0.751,均方根误差(RMSE_(train))为0.587,去一法交叉验证系数(Q_(LOO)~2)为0.735,外部验证系数(Q_(ext)~2)为0.682,这表明模型具有较好的拟合度、稳健性和预测能力。SVM模型具有更好的拟合和预测能力(R_(adj)~2=0.839,RMSE_(train)=0.457,Q_(ext)~2=0.708)。采用Williams法对模型的应用域进行表征。所建模型可用于预测多环芳烃、多氯联苯、多溴联苯醚、有机磷农药、药物等典型化合物,以及其他烷烃、环烷烃、烯烃、醇、醚、酸、酯、酮、含卤素化合物、芳香族化合物、含硫、氮、磷化合物的在鱼体内的logt1/2值。     

有机污染物的被动采样材料-水分配系数的QSAR研究

污染物的被动采样材料-水分配系数(K_(PW))是衡量被动采样器性能和进行优化的一个重要指标,由于实验方法难以逐个测定众多污染物的K_(PW)值,有必要发展其KP W预测方法。本研究选取聚乙烯(PE)、聚丙烯酸酯(PA)和硅橡胶(SR)3类常用的被动采样材料共7种,采用多元线性回归分析方法构建可用于K_(PW)预测的定量构效关系(QSAR)模型。所构建的QSAR模型具有良好的拟合优度(R2a dj介于0.806~0.989)、稳健性(Q2L O O和Q2B O O T分别介于0.786~0.988和0.773~0.801)和预测能力(R_(ext)~2和Q_(ext)~2分别介于0.769~0.989和0.757~0.982),可以用于预测烷烃、烯烃、芳香类、醇类、酮类、酯类、醚类等多种有机污染物的log KP W值。有机污染物的log KP W与分子Mc Gowan体积(Vx)、氯原子个数(n Cl)、环周长(Rperim)、多重键个数(n BM)、N,O极性贡献的拓扑极性表面积(TPSA(NO))、[-N(=)=]结构个数(Ndds N)和羟基个数(nROH)等参数有关。     

基于MLP-ANN和SVM方法的多氯代二苯并呋喃光解半衰期QSPR比较研究

多氯代二苯并呋喃(PCDFs)是全球性污染物之一,光化学降解是其主要的环境降解途径。基于分子二维拓扑结构提出的用于表征化合物结构参数的分子电性距离矢量描述子(MEDV),应用多层感知器神经网络(MLP-ANN)和支持向量机(SVM)对PCDFs在云杉针叶和飞灰表面的光解半衰期(t_(1/2))进行定量结构-性质相关(QSPR)分析,并用交互检验和外部样本对所建模型的稳定性进行了检验。旨在为PCDFs光解机理的QSPR研究提供新思路。结果表明,所建模型均具有良好的稳定性和预测能力,尤以MLP-ANN模型为佳,其建模相关系数(R_(cum))、留一法交互检验相关系数(Q_(LOO))以及外部样本检验相关系数(Q_(ext))分别为0.850、0.816、0.954(云杉针叶表面)和0.892、0.753、0.897(飞灰表面)。     

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。     

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,NO_3~-以及HPO_4~(2-)/H_2P_4~-),分别考察了其对TiO_2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对·OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO_3~-,Cl~-和SO_4~(2-)对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO_3~-具有抑制作用,H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较强的·OH捕获作用和在TiO_2表面较低的吸附能力;H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在TiO_2表面具有较强的吸附能力;NO_3~-对紫外光吸收作用降低了TiO_2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了·OH.     

Cr~(6+)对活性污泥活性及有机物去除速率的影响

通过检测活性污泥系统的电子传递活性以及COD的去除速率,研究了Cr~(6+)对污泥活性以及有机物降解速率的影响,并探讨了两者之间的关系.研究结果表明:5 mg·L~(-1)的Cr~(6+)即会对系统产生明显影响,Cr~(6+)对污泥活性和COD去除率的抑制作用随其质量浓度的增大而增强;当Cr~(6+)质量浓度达到25 mg·L~(-1)时,污泥的INT和TTC-电子传递(TTC-ETS)活性以及有机物降解速率都表现为大幅的下降,下降比例分别为46.98%、54.18%以及64.47%.Cr~(6+)抑制污泥TTC-ETS活性的IC_(50)小于抑制INT-ETS活性的IC_(50),表明TTC-ETS活性反映Cr~(6+)毒性作用的灵敏性大于INT-ETS活性.此外,INT和TTC-ETS活性与有机物降解速率之间也均存在显著的正相关性,说明两者都是表征Cr~(6+)对有机物去除速率影响的灵敏参数.     

生物炭理化性质对其反应活性的影响

生物炭作为一种富炭材料,由于其具有固碳、增强土壤肥力、促进植物生长等特性,在固碳减排及土壤改良方面的应用价值受到广泛关注.同时,生物炭具有较大的比表面积和较高的孔隙率,常被作为吸附剂用于污染物的去除.研究发现生物炭在吸附有机污染物的过程中可降解有机污染物,因此生物炭的反应活性成为近年来研究的热点.生物炭的反应活性主要由其制备过程中生成的环境持久性自由基(EPFRs)和自身的氧化还原能力贡献.生物炭的EPFRs活性与官能团种类、过渡金属含量和EPFRs种类有关,其中官能团和过渡金属通过影响EPFRs的生成及稳定从而影响EPFRs的浓度和种类,进而影响EPFRs活性,而EPFRs种类直接影响EPFRs活性.生物炭的氧化还原活性与官能团、芳香性和导电性有关,其中官能团影响氧化还原活性基团(RAMs)的生成,芳香性和导电性影响基质电导(EC_(BC))结构的生成及导电活性,从而影响氧化还原活性.本文总结了生物炭的反应活性机理和影响因素,旨在为生物炭处理有机物污染物等方面的应用提供理论支撑和技术参考.     

含特殊官能团有机物分配系数预测的多参数线性自由能关系(PP-LFERs)研究

利用多参数线性自由能关系(PP-LFERs)模型预测有机物的有机碳-水分配系数(Koc)是一种高效经济的估算方法.基于广泛收集的文献中165种(18类)化合物的lg Koc和分子结构参数(E、S、A、B、V)值,通过多元线性回归方法,用建模组132种化合物构建了两种预测多种类有机物lg Koc的PP-LFERs模型:EV模型和简化的V模型.它们的复相关系数分别为0.92和0.87,标准误差分别为0.37和0.49.用验证组33种化合物对模型进行了验证的结果表明,两种模型均具有较好的预测性和稳健性.在数据集中包括有8种典型的高氟和硅氧烷类化合物,对于硅氧烷类化合物,EV模型和V模型的实测值和预测值的均方根误差分别为0.38和0.16;对于高氟类化合物,两模型的均方根误差分别为0.66和0.75,说明了模型对这两类化合物预测的准确性.最后,从分子间作用力角度分析了有机物的吸附机理,得出空穴作用和色散作用是非极性化合物吸附的主要动力,而在极性化合物中,空穴作用和氢键作用最为显著.     

多环芳烃活性参数与色谱保留指数相关性分析

为了简化多环芳烃(PAHs)的Koc、Kow和BCF等活性参数的测定和预测工作,通过对PAHs的活性参数与气相色谱保留指数(I)、苯环个数(N)的相关关系分析,分别建立了I与lgKoc、lgKow和lgBCF,N与lgKoc、lgKow和lgBCF间的2类一元线性回归预测方程,以及I、N与lgKoc、lgKow和lgBCF间的二元线性回归预测方程。结果表明,PAHs类化合物的I值或N值分别与lgKoc、lgKow和lgBCF存在明显的线性相关性,均能对上述3种活性参数进行准确预测,其中,用I值建立的一元回归方程的预测精度更好;而利用I值和N值共同建立的二元预测方程经t检验发现,方程中变量N的偏回归系数的统计检验没有显著意义。本研究利用I值建立的一元线性预测模型能较好地预测PAHs类化合物的Koc、Kow和BCF等活性参数,从而为PAHs的活性参数预测提供了一种简便易行的方法。     

UV-254 nm活化过硫酸盐降解麻黄碱的影响因素和机理

采用UV-254 nm活化过硫酸盐高级氧化技术去除水中污染物麻黄碱(EPH),并研究了其降解动力学过程和降解机理.考察了过硫酸盐(PS)投加量、EPH的初始浓度、不同pH值及不同离子(HCO~-_3、NO~-_3、Cl~-)对降解效果的影响.结果表明,UV-254 nm活化过硫酸盐工艺能有效去除实验条件下的EPH,其氧化降解反应符合二级动力学方程.EPH去除率随着PS投加量的增加而增大.pH对降解反应有较大的影响,在pH=7的条件下,反应速率最快,表观反应动力学常数(k_(obs))为0.467 min~(-1).进一步研究表明,HCO~-_3、NO~-_3和Cl~-对EPH的降解都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度依次为Cl~- NO~-_3 HCO~-_3.通过UPLC-MS/MS鉴定了麻黄碱降解的中间体,并提出了可能的降解机理和转化途径.     

腐殖酸负载对萘和1-萘酚在生物炭上吸附动力学的影响

进入环境的生物炭对有机污染物的吸附过程受到普遍共存的溶解性有机质的影响.本研究将两种腐殖酸组分负载在以玉米秸秆为原料、不同炭化温度下(200、400、600℃)制得的生物炭上,考察极性和非极性有机污染物萘和1-萘酚在原始和腐殖酸负载生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合.结果表明,拟二级和双室一级动力学模型均能较好地描述动力学吸附过程.腐殖酸负载对生物炭上萘和1-萘酚的吸附动力学有显著影响,使得平衡吸附量(Q_e)下降,而表观吸附速率提高.致密的芳香碳组分和纳米级孔隙主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附单元起作用,腐殖酸负载降低了生物炭的芳香化程度和孔隙度,慢吸附对总吸附的贡献(f_(slow))降低.生物炭内部有机碳的致密性降低,使得萘和1-萘酚分子容易扩散进入生物炭颗粒内部,加之表面积和孔隙度减少,缩短吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(k_(slow))均提高.负载腐殖酸后,两种化合物的快吸附速率常数(k_(fast))的变化却不同.腐殖酸负载向生物炭表面引入含氧极性官能团,阻碍萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘的k_(fast)下降;而由于1-萘酚是极性有机物,除了疏水作用,其结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面相互作用,其k_(fast)反而升高.     

苯酚及氯代苯酚化合物TiO2催化光致降解

在载于玻璃反应器内壁的薄层TiO_2催化作用下,水溶液中苯酚、对氯苯酚、2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚的光致降解均遵守一级反应动力学.其一级反应表现速率常数k_(o b)为7.0×10~(-3)-2.8×10~(-2)min~(-1),其大小顺序为:苯酚<对氯苯酚<2,4-二氯苯酚<2,4,6-三氯苯酚.加入少量H_2O_2(1.9×10~(-2)mol·L~(-1))均能提高这些化合物的TiO_2催化光致降解速率(k’_(o b)=1.5×10~(-2)-3.3×10~(-2)min~(-1)).经一定时间光照后(λ≥345nm,1.5—4.5b)这些化合物几乎完全降解,光致降解率大于95％,COD去除率大于96％.     

双酚A类似物雌激素干扰效应的定量结构-活性关系模型

由于双酚A(BPA)具有内分泌干扰等毒性效应,有些国家已经开始限制其在部分工业品生产中使用。一些双酚A类似物因用于替代BPA而被大量使用。因其与双酚A具有相似的分子结构,双酚A类似物是否也具有内分泌干扰等毒性效应受到越来越多的关注。采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测双酚A类似物雌激素效应的定量结构-活性关系模型。模型的决定系数R~2=0.899,去一法交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.868,Bootstrapping验证系数Q_(BOOT)~2=0.755,均方根误差RMSE=0.339,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性;验证集决定系数Q_(EXT)~2=0.921,外部验证系数Q_(EXT)~2=0.810,均方根误差RMSE=0.638,表明模型具有较好的预测能力。采用欧几里德距离方法和Wil iams图表征了模型应用域,依据分子描述符对模型进行了机理解释,并用所建模型,填补了22种其他双酚A类似物缺失的雌激素干扰效应数据。     

氧化铜活化过硫酸盐的界面反应机理

本文以苯酚为降解对象,系统性研究了氧化铜(CuO)活化过二硫酸盐(PDS)与过一硫酸盐(PMS)降解苯酚的界面反应机理.结果表明,CuO可高效活化PDS和PMS降解苯酚,电子顺磁共振(EPR)结果表明CuO/PDS体系中的活性物种有SO_4~(·-)、·OH和O_2~(·-),而CuO/PMS体系中主要存在O_~(·-)和~1O_2,猝灭实验结果表明CuO/PMS体系中O_2~(·-)起到了关键作用. CuO/PDS和CuO/PMS体系均可选择性降解具有给电子官能团的有机物.在CuO/PDS体系中,主要活化机理为富电子有机物通过取代表面羟基吸附于CuO表面,与CuO发生电子传递产生苯氧自由基,进一步可活化PDS和O_2产生SO_4~(·-)、·OH、O_2~(·-)等活性物种实现对有机物的降解.而在CuO/PMS体系中,PMS通过取代CuO表面羟基产生亚稳态中间体,与PMS及O_2~(·-)反应生成~1O_2实现对苯酚的降解,虽然体系中也存在与CuO/PDS体系中类似的苯氧自由基活化过程,但其对有机物降解的贡献较小.     

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。     

有机磷类化合物大鼠急性毒性QSAR模型构建与毒性机制研究

有机磷化合物(OPs)广泛分布在各种环境介质中,并对各类生物的健康有潜在的危害。本研究采用基于逐步算法(SW)和遗传算法(GA)的多元线性回归(MLR)方法,收集并筛选出53种OPs的数据集并建立其关于大鼠急性口服毒性(LD50)的定量结构活性关系(QSAR)模型。构建的SW-MLR模型的参数决定系数(R²)、留一法交叉验证系数(Q_(LOO)2)、留一法交叉验证系数(Q_(LOO)²)、外部检验系数(Q_(F1)2)、外部检验系数(Q_(F1)²和Q_(F2)2和Q_(F2)²)分别为0.897、0.817、0.515和0.505,GA-MLR模型的参数分别为0.827、0.752、0.831和0.828。2个模型的统计参数表征了良好的预测能力。使用外部测试集对模型进行评估时,发现GA-MLR模型比SW-MLR模型具有更好的预测和泛化能力。此外,基于建立的模型预测了其他9种OPs的急性毒性,并辅以分子对接技术探究了其潜在的神经毒性。分子对接结果显示,其中8种OPs可以与人类丁酰胆碱酯酶结合。模型机理解释和分子对接结果显示,OPs取代基的高烷基化程度和支链长度的增加能够降低毒性。因此,建立的模型可以从OPs的分子结构上探索与毒性相关的信息,并为监管和筛选新的OPs提供基础数据。     

纳米零价铁去除垃圾渗滤液中铬(Ⅵ)的性能及机理研究

利用柠檬酸处理后的纳米零价铁(NZVI)对铬(Cr(Ⅵ))的去除进行了研究.NZVI对Cr(Ⅵ)的去除率受Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值、反应温度和NZVI的浓度等因素影响,在Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg·1-1、pH=5.0、NZVI投加量为1.0g·1-1和20℃条件下,Cr(Ⅵ)去处率达到了100%.腐殖酸(HA)与Cr(Ⅵ)可以形成稳定的HA-Cr螯合物,这种螯合物减少了溶液中有效的Cr(Ⅵ)浓度;同时,HA与NZVI的反应减少了NZVI的有效活性位点,HA的存在对NZVI去除Cr(Ⅵ)有竞争抑制的作用.     

潜流人工湿地中有机污染物降解机理研究综述

人工湿地是一种完整的生态系统,它是利用系统中发生的物理、化学和生物等多重协同作用实现对污水的净化功能.开展潜流人工湿地中废水处理的机理、湿地内部有机污染物的迁移转化、湿地工艺设计及其水力学、动力学参数的研究,对环境废水中有机污染物的去除及生态安全具有重要意义.文章主要从化学、生物、设计参数等方面论述了人工湿地废水处理中有机污染物的降解及其机理研究进展.化学因素主要包括溶解性有机质(DOM)对有机污染物的迁移转化、氧化还原环境(Redox)及废水中电子受体的存在对有机质的分解状况、不同溶解氧(DO)水平为厌氧、好氧细菌对有机物的生物降解及湿地内反应动力学模型建立等因素对废水中有机污染物降解的作用及影响;生物因素主要涉及植物和微生物的作用,湿地中的生物降解是有机污染物的主要去除方式;在工艺参数方面,主要就水流特性、孔隙度、停留时间(HRT)、水力负荷(HLR)和水位等因素对湿地中有机污染物去除的影响进行了探讨.     

TiO2纳米管光催化还原Cr（Ⅵ）的研究

以水热法制备TiO2纳米管,采用X射线衍射仪(XRD),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和紫外可见漫反射光谱对其结构和性质进行了表征.研究了光催化还原溶液中Cr(Ⅵ)的反应活性,分别考察了煅烧温度、反应溶液的pH、助催化剂对TiO2纳米管光催化还原的影响.实验结果表明,TiO2-550光催化活性最优;酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的还原;NiO和Co2O3复合的TiO2-550光催化活性明显提高.