γ-辐照及超声辐照等对水体中双氧芬酸和布洛芬的降解及机理研究

发布时间：2020-09-18 16:40

　　双氯芬酸(diclofenac)和布洛芬(ibuprofen)作为两种典型非处方的非甾体抗炎药,对抗炎、镇痛等具有明显效果,日常生活的使用量很大,在各国地表水体中都纷纷检出这两种药品及降解产物的存在,已经对环境水生生物造成了严重的影响,同时也对人体存在着隐性的危害。本文以电子束及60Co作为辐照源对双氯芬酸及布洛芬进行辐照研究,探讨两种药品在羟基自由基和水合电子下的降解反应及规律,同时利用超声辐照作为处理手段对双氯芬酸及布洛芬进行降解处理,探讨两者在不同气体饱和条件下的降解反应、降解过程及降解机理。本文利用电子束及Y-辐照处理双氯芬酸及布洛芬溶液,利用N20饱和溶液的方法淬灭水合电子获取羟基自由基以及惰性气体(N2或Ar)下添加异丙醇的方法淬灭羟基自由基获取水合电子,采用液相色谱定量分析双氯芬酸及布洛芬的含量,分别获得了双氯芬酸及布洛芬在两种自由基条件下的反应过程及反应机理。通过双氯芬酸的电子束辐照瞬时吸收光谱研究分别获得了双氯芬酸与羟基自由基和水合电子不同浓度下的一级动力学常数,并拟合其动力学反应绝对常数,其值分别为：(9.29±0.11)×109M-1 s-1及(1.53±0.03)×109 M-1 S-。利用60Co辐照处理双氯芬酸和布洛芬溶液,1 mM双氯芬酸与羟基自由基随放射能量反应的准一级动力学方程常数为0.38 kGy-1,初始的反应效率为60.6%,与水合电子反应的常数为0.23 kGy-1,初始的反应效率为64.4%,0.5 mM布洛芬与羟基自由基随放射能量反应的准一级动力学常数为1.2 kGy-1,初始的反应效率为83.2%,水合电子基本不和布洛芬发生降解反应。利用LC-MS分析双氯芬酸和布洛芬在降解自由基和(或)水合电子下的降解产物,同时确立两者的降解途径,羟基自由基与二者反应的初级产物主要为羟基化产物,羟基主要加成位置为分子的苯环,而水合电子对双氯芬酸的主要作用为脱氯作用。利用明亮发光杆菌T3小种检测双氯芬酸在辐照前后毒性变化,羟基自由基和水合电子都能有效去除双氯芬酸的毒性,而水合电子由于脱氯效率高,其更利于脱除双氯芬酸的毒性。本文通过对苯二甲酸作为羟基自由基淬灭剂的方法定量检测了80 W,585 kHz超声波辐照在空气、氧气、氩气及氮气饱和条件下纯水和0.5 mM双氧水中2h-对苯二甲酸的产率,计算了羟基自由基在纯水和双氧水溶液中的浓度,根据羟基自由基浓度与双氯芬酸和布洛芬的二级动力学常数计算两者在不同气体条件下的理论降解动力学方程,也定量检测了纯水中双氧水的产率和动力学方程,同时,采用超声波辐照处理空气、氧气、氩气及氮气饱和条件下的双氯芬酸和布洛芬溶液(反应温度为4℃,pH=7)：双氯芬酸和布洛芬的超声降解在四种不同气体饱和条件下的降解速率不一样,以氩气条件下速率为最快,而布洛芬以空气饱和条件降解速率的最快。通过建立理想理论模型和方程,确定两种药品在超声过程中的降解情况,分别添加羟基自由基淬灭剂淬灭超声过程中液相和空化气泡中的羟基自由基,例如对苯二甲酸主要是淬灭液相中羟基自由基,异丙醇主要淬灭液相及空化气泡中的羟基自由基,分别测定和计算双氯芬酸和布洛芬在两种淬灭剂条件下的准一级动力学常数及未添加淬灭剂条件下的准一级动力学常数,通过建立的理论模型和方程,计算不同条件下的三个区域内的降解比例。双氯芬酸和布洛芬在不同气体饱和条件下的降解具有不同的规律：降解双氯芬酸的过程中,有氧条件下超临界界面反应占降解反应的主要比例,惰性气体条件下,羟基自由基的氧化占主要比例,而布洛芬在不同气体饱和条件下超声降解的过程与双氯芬酸不同,空气、氩气及氮气饱和条件下空化气泡的羟基自由基氧化占降解反应的主要部分,氧气条件下,以界面的超临界氧化占比重最大。同样分析在0.5和5mM双氧水添加以及不同气体饱和条件下各区域内的降解比例,分析双氧水主要影响作用。在双氯芬酸降解过程中,有氧条件下,低浓度的双氧水(0.5 mM)有利于羟基自由基的氧化作用,高浓度的双氧水(5 mM)主要影响界面的超临界氧化过程；而惰性气体条件下,高低浓度的双氧水条件下界面超临界反应常数变化幅度不大,羟基自由基的氧化作用占总降解的主要过程,而双氧水对布洛芬的降解影响不同,双氧水的加入主要是促进了四种气体饱和条件下的羟基自由基氧化,从而促进整个降解反应的进行。文章同时分析了超声辐照对双氯芬酸的脱氯效率及原因,空气、氧气、氩气及氮气下的脱氯效率分别为：88%,100%,87%,83%,造成其差异的主要原因是不同气体饱和条件下双氯芬酸具有不同的降解机理。
【学位单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：X703

【相似文献】