·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物的大气转化机制及动力学

氯自由基(·Cl)的高氧化性及其内陆来源的新发现使得·Cl在评估有机污染物的大气归趋方面起着比以往更为重要的作用。含有NH_x(x=1,2)结构的有机化合物不仅是大气中一类潜在的有机污染物,也是大气中致癌性亚硝胺的前驱体—N中心自由基的重要来源。前人研究发现,·Cl与含有NH_x(x=1,2)结构的有机化合物具有独特的相互作用且其反应具有结构依赖性。目前,大多数研究只关注链状含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物的反应,而对于环状含有NH结构有机化合物的反应研究却很少。本研究使用量子化学和动力学模拟相结合的方法研究·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物(吗啉(MOR)、哌啶(PIP)和吡咯烷(PYR))的大气转化机制及动力学。结果发现,·Cl夺取3种环状含有NH结构有机化合物中N—H的H原子形成N中心自由基是最可行的反应路径。在298 K和1 atm下,计算的反应速率常数分别为5.0!10-10(MOR)、5.1!10-10(PIP)和4.9!10-10(PYR) cm~3·molecule-1·s-1,且具有正的温度依附性。结合可获得的·OH引发反应的反应速率常数,评估·Cl对MOR和PIP转化的贡献分别为·OH的2.6%～26%和6.9%～69%。上述研究结果为将来建立·Cl引发含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物反应的结构-活性关系、全面评估含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物的大气归趋和环境风险提供数据支持。     

氯代烃在铜电极上的电还原特性和还原机理

采用循环伏安法,对氯代烃在铜电极表面上的电还原特性进行了研究,评价了它们在铜电极上的电还原反应活性,分析了此类化合物在铜电极上的还原机理,并且讨论了电还原反应活性和此类化合物结构之间的关系.结果表明,氯代烷烃和部分氯代芳烃在铜电极表面有还原电位,能在铜电极表面被直接还原.氯代芳烃不易在铜电极上被直接还原.实验结果为催化铁内电解法提供了理论依据.     

化学辅助方法用于剩余污泥减量的研究

最近,基于化学氧化和解偶联的污泥减量新方法得到更深人研究。回顾了化学辅助方式减少剩余污泥产生的方法,包括碱（酸）-加热处理,活性污泥-自氧工艺,氯-活性污泥工艺,新陈代谢解偶联和高浓度溶解氧方法。     

·Cl引发萘的大气氧化机制及动力学

氯自由基(·Cl)内陆来源的新发现增强了其对转化大气有机污染物的贡献,因此,需要更深入地研究·Cl引发有机污染物的转化机制和动力学.萘(Nap)是一种重要的化学品,也是城市大气浓度最高的多环芳烃,前人针对羟基自由基(·OH)引发Nap的大气氧化开展了研究.然而,目前对于·Cl引发Nap的大气氧化机制还不清楚.本研究通过量子化学计算(ωB97XD/6-311++G(3 df,2pd)//ωB97XD/6-31 +G(d,p))和动力学模拟相结合的方法研究了·Cl引发Nap的大气氧化机制与动力学,发现·Cl主要加成到Nap分子的C5位置,形成加成中间体·C10H8Cl(R1).随后,O2加成到R1的C2和C6位置生成过氧自由基(RO2·)R1-2OO-s/a和R1-6OO-s/a(s/a=syn/anti,syn表示O2加成方向和·C1加成方向相同,anti表示O2加成方向和·C1加成方向相反).这4种RO2·的环化、氢迁移和氯迁移反应均很难(能垒＞20 kcal· mol-1)发生.因此,在低NO浓度条件下,RO2·主要和HO2·反应生成氢过氧化合物(QOOH)和烷氧自由基(RO ·)R1-2O-s/a和R1-6O-s/a;在高NO浓度条件下,RO2·将主要与NO反应生成RO· (R1-2O-s/a和R1-6O-s/a)和有机硝酸酯(C10 H8 ClNO3).生成的RO·进一步通过单分子环化反应生成双环产物R1-21O-s/a和R1-61O-s/a.重要的是,生成的有机氢过氧化合物和有机硝酸酯的水生毒性比其母体化合物Nap更强,表明·Cl引发Nap反应增加了Nap释放的环境风险.揭示的机制对理解大气Nap化学及Nap释放导致的环境风险具有重要意义.     

染料厂遗留场地中氯仿和苯并(a)芘的污染特征与健康风险评价

以江苏省某废弃染料厂搬迁后的遗留地块为研究对象,运用内梅罗综合污染指数法对场地有机污染物污染程度进行评估,并结合Surfer软件中克里金插值法研究有机污染物的健康风险空间分布情况。结果表明:该场地主要超标污染物为氯仿和苯并（a）芘,污染区域主要为生产车间,最大超标深度为12 m,苯并（a）芘在1.5,3.0 m深土壤中对暴露人群造成的致癌风险高,氯仿在6,12 m深的土壤中致癌风险高;但它们在各层中所造成的危害商均<1。因此,该场地开发利用前需进行土壤修复。     

4-氯-3-甲基苯酚(PCMC)暴露对成年斑马鱼内源性物质的影响

建立了4-氯-3-甲基苯酚（PCMC）的水生生物斑马鱼暴露毒理学模型,研究了斑马鱼PCMC暴露后内源性代谢物的变化.同时,在斑马鱼PCMC半数致死浓度LC₅₀的基础上,以1/10 LC₅₀为暴露浓度进行代谢组学分析.最后,经超高效液相色谱串联三重四级杆飞行时间质谱（UHPLC-Triple-TOF-MS）检测,结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）进行代谢谱分析.结果发现,空白对照组和暴露组在代谢水平上有明显差异.进一步分析后筛选出9种上调物质和11种下调物质作为潜在生物标志物,主要包括氨基酸、嘌呤、糖类和脂质.根据差异代谢物生理功能分析发现,PCMC主要通过影响嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、淀粉和蔗糖代谢、组氨酸代谢、丙酮酸代谢及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,对斑马鱼的心血管系统、神经系统、蛋白代谢和能量代谢等方面产生毒性效应.本研究建立的代谢组学方法能全面评价氯酚类消毒剂对水生生物的毒性效应,为进一步阐明氯酚类消毒剂的毒性机制提供了理论基础.     

多元金属定向修饰的改性生物焦微观特性及单质汞脱除性能研究

针对通过热解直接获得的生物焦汞吸附效率较低的问题,将常规化学沉淀法、溶胶凝胶法、多元金属多层负载与生物质热解制焦过程进行整合,在选择特定组分进行结构设计的基础上,获得了经济高效的掺杂多元金属铁基改性生物焦烟气脱汞剂,为最终实现"以废脱毒"提供关键参数与理论依据.在获得改性生物焦Hg⁰脱除特性的基础上,针对生物质基础特性,利用多种表征分析手段研究改性样品的微观特性,建立了改性生物焦理化性质与脱汞性能之间的构效关系.研究发现：相比未改性生物焦,以生物焦为载体的铁基复合吸附剂的脱汞性能显著提升,其中掺杂双金属改性样品汞脱除性能的提升程度整体优于掺杂单金属的改性样品;改性生物质的热解过程变得更加剧烈和充分;改性导致生物焦的晶体结构向无序方向演变,所对应的芳香结构单元排列有序度和石墨化程度减弱;所负载或掺杂的多元金属对生物焦物理吸附性能的提升主要体现在对孔隙结构参数的改善方面,同时多元金属的掺杂还可以增强─COOH和C＝O官能团对电子的迁移作用,进而提升生物焦对有机汞Hg-OM的结合能力;不同负载金属自身之间在汞脱除过程中可以起到协同促进的作用,进而大幅提高改性生物焦的脱汞性能.     

新型组合工艺深度去除DOM及其对低温运行的响应特征

我国城镇污水处理厂进水具有碳氮比低、可生化性差等特性,显著增加了污水处理厂稳定达标运行的难度.为应对我国特殊进水水质,本文研发了基于生物吸附-两级AO-活性焦吸附的高效污水处理组合工艺,分析了各工艺段溶解性有机物（Dissolved Organic Matter,DOM）和氮磷的去除特性,并对低温条件下组合工艺的响应特征进行解析,为该工艺的工程应用提供理论依据和技术支撑.结果表明,组合工艺经过60 d的连续运行,出水TN和TP平均浓度分别为8.5和0.25 mg·L^-1,平均去除率分别高达80.5%和95.5%.此外,活性焦对于污水中大分子芳香族类和环烷烃类DOM的去除效果较好,两级AO出水中芳香族类、环烷烃类和卤代烃类DOM的比例由50.23%降至10.24%.生物吸附工艺段菌群多样性较高,具有快速富集有机物能力的Acidobacteria菌门相对丰度达到10.23%.两级AO工艺菌群丰度和多样性略低,其中相对丰度较高的微生物为具有脱氮除磷功能的Proteobacteria菌门（79.39%）和Nitrospirae菌门（6.5%）.在5℃低温条件下,组合工艺出水TN、TP和COD等主要水质指标未出现显著波动,表明组合工艺具有良好的抗低温影响能力.对比常温运行中的菌群分析结果,低温环境下两级AO工艺段的Proteobacteria菌门相对丰度由66.22%降至54.27%,但具有抗低温等不利条件的Gemmatimonadetes菌门相对丰度由0.72%升高至9.67%,且生物吸附工艺段仍存活大量具备降解有机物功能的Acidobacteria菌门,有效缓冲了后段工艺处理负荷,使组合工艺具有良好的抗外界干扰能力.     

植物化感物质壬酸和焦酚对大型溞生长繁殖的毒性效应

为评估植物化感抑藻物质的生态安全性,通过48 h急性毒性实验和21 d慢性毒性实验,研究了穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）典型化感物质壬酸和焦酚对大型溞（Daphnia magna）生长和繁殖的毒性效应.结果显示,壬酸对大型溞24 h和48 h的LC₅₀分别为75.08 mg·L^-1和38.55 mg·L^-1,焦酚对大型溞24 h和48 h的LC₅₀分别为18.89 mg·L^-1和13.71 mg·L^-1.21 d慢性毒性实验中,2.0 mg·L^-1的壬酸和焦酚对大型溞生长仍没有显著影响（p>0.05）,但在高于0.5 mg·L^-1浓度水平即显著延长大型溞首次产溞时间,降低其产溞个数（p<0.05）.大型溞净增殖率和内禀增长率随壬酸和焦酚浓度增加而减小,2.0 mg·L^-1壬酸和焦酚对大型溞净增殖率的抑制率分别为42.40%和38.86%,对大型溞内禀增长率的抑制率分别为25.00%和20.83%.研究表明,壬酸和焦酚对大型溞的繁殖过程产生一定程度的影响,但仍需结合原位试验在更大尺度上评估植物化感抑藻物质的生态安全性.