锰（Ⅶ）降解水中氟喹诺酮类PPCPs内在机制研究

药物和个人护理产品（PPCPs）的大量生产和使用，导致该类物质通过各种途径进入水环境，并最终存在于饮用水源中。常规饮用水处理工艺的处理能力有限，无法保障饮用水中PPCPs的安全性。研究表明，氧化降解是去除PPCPs类污染物的有效方法，氧化效能、氧化速度、产物的安全性和工程上可行性等重要因素都影响氧化剂的选择。本项目以氟喹诺酮(FQs)类PPCPs为目标物，(1)研究FQs类污染物在饮用水工艺中的迁移规律；(2)选择高锰酸钾作为氧化剂，研究锰（Ⅶ）氧化去除FQs的反应动力学行为，推断FQs与锰（Ⅶ）氧化反应的化学活性，建立动力学模型，探讨反应机理；(3)判定反应产物的种类和结构特征，进而解析锰（Ⅶ）氧化FQs的反应路径图，评价产物的安全性。为预测水中FQs类污染物的去除效能、产物安全性提供基础理论支持，为开发饮用水中PPCPs的控制技术、水环境和土壤环境的原位化学修复技术研究提供科学依据。

药物和个人护理产品（PPCPs）的大量生产和使用，导致该类物质通过各种途径进入水环境，并最终存在于饮用水源中。常规饮用水处理工艺的处理能力有限，无法保障饮用水中PPCPs的安全性。研究表明，氧化降解是去除PPCPs类污染物的有效方法，氧化效能、氧化速度、产物的安全性和工程上可行性等重要因素都制约氧化剂的选择。本项目以氟喹诺酮(FQs)类PPCPs为目标物，(1)研究FQs类污染物在饮用水工艺中的迁移规律；(2)选择高锰酸钾作为氧化剂，研究锰（Ⅶ）氧化去除FQs的反应动力学行为，推断FQs与锰（Ⅶ）氧化反应的化学活性，建立动力学模型，探讨反应机理；(3)判定反应产物的种类和结构特征，进而解析锰（Ⅶ）氧化FQs的反应路径图，评价产物的安全性。为预测水中FQs类污染物的去除效能、产物安全性提供基础理论支持，为开发饮用水中PPCPs的控制技术、水环境和土壤环境的原位化学修复技术研究提供科学依据。.通过液相、质谱及前处理条件的优化，建立了一套富集倍数高、净化效果好、灵敏可靠的FQs分析检测方法。使用建立的仪器检测方法及样品前处理方法对三个水厂各工艺出水中6种FQs进行检测，水源水及出水中除洛美沙星（LOM）以外的FQs均有检出，不同地区各物质浓度不同。常规处理工艺对FQs去除效果也有限，不能将其完全去除。水厂的实际工艺对FQs的去除效果与水源水质及水厂实际的运行参数有关，和实验室研究存在一定差距，建议在工程应用的角度来研究FQs的强化控制技术。高锰酸钾，一种目前被广泛应用的氧化剂，能有效去除水中的FQs，本课题选取四种典型目标物，在选定的反应时间内高锰酸钾对其去除率基本上都能达到80 %以上。高锰酸钾与目标物的反应总体为二级反应，对高锰酸钾及目标物分别为一级反应。pH值对高锰酸钾去除目标物的反应速率常数有一定的影响，在酸性和碱性条件下目标物的氧化反应相对比较快，而在偏中性的条件下反应相对较慢，分析认为可能是实验过程中使用的缓冲溶液对反应速率有影响。反应体系的温度对反应速率也存在影响，当温度升高时氧化反应的反应速率随之加快。在高锰酸钾氧化四种目标物的反应过程中，FQs的哌嗪环是参与反应的主要基团。经过分析，认为FQs的哌嗪环上的N1原子为参与氧化反应的主要点位。高锰酸钾氧化FQs的氧化路径有三条，分别为N-脱烷基化过程，羟基化过程和环丙基的氧化过程。