非甾体抗炎药在典型城市河流中的迁移转化及其光催化去除机制研究

Pharmaceuticals as one kind of the emerging contaminants have aroused worldwide attention. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) were one of the widely production and used pharmaceuticals. Based on establishing the rational analysis methods of NSAIDs in the samples of water and sediments, the project is performed to discuss the pollution characteristics and the spatial-temporal distributions of NSAIDs. Combing the environmental data, the transfer behavior characteristics and the probable source were expounded in this project. In addition, health risks of humans were assessed. According to the high visible light photocatalytic activity of metal organic frameworks (MOFs) materials, especially, the mental@MOFs nanocomposites, highly uniformly and efficient mental@MOFs photocatalysts were fabricated in this project. The changes of microstructure and the visible light photocatalytic activity of mental@MOFs were studied. Moreover, the various operational factors that affect NSAIDs removal, the intermidiate products and the toxicity of the products have also been investigated in detail. Finally, the photocatalytic reaction mechanism has been proposed. The results of this study play an important role in understanding the contamination levels and the potential health risks of NSAIDs in environments, and provide the experimental and theoretical basis for preparing highly efficient catalytic visible light photodegradation mental@MOFs catalysts for NSAIDs removal.

药物类污染物作为新兴污染物，在环境中可形成“假持久性”污染现象，已引起广大环境工作者的广泛关注。本项目以环境中广泛存在的非甾体抗炎药（NSAIDs）为研究对象，详细研究上海市主要水域中NSAIDs的污染水平、时空分布特点，结合环境数据，揭示水环境中NSAIDs的污染特征，分析其来源，着重阐明其在城市水域的迁移转化规律，并对其生态风险进行评估。由于NSAIDs的广泛存在性、积累性及稳定性，需要有效的方法将其去除。鉴于金属@MOFs纳米复合材料高的光催化活性，制备高效金属@MOFs可见光纳米催化剂，系统研究金属@MOFs的微观结构变化及可见光催化性能，探讨各影响因素对去除效率的影响，分析其降解产物及产物毒性，阐明光催化降解机理。为科学评估NSAIDs的环境污染水平、环境归趋和潜在的健康生态风险提供可靠的基础科学数据，为开发金属@MOF可见光催化剂及NSAIDs的有效去除方法提供实验和理论基础。

药物类污染物在环境中可形成“假持久性”污染现象，因此调查其在上海市主要水体中的浓度水平，开发高效可见光催化剂并将其从水体中有效去除具有重要意义。本课题调查了水体中典型药物的污染水平，采用贵金属等与MOFs复合，制备了一系列MOFs复合催化剂，用于光催化去除典型药物。研究结果为此类污染物控制措施的建立提供一定的理论依据及技术支撑，也为可见光催化在新兴污染物中的应用提供一些理论基础。主要研究内容为：（1）建立并优化典型药物的LC/MS/MS痕量分析方法和环境样品的前处理方法，得到样品回收率在80-120%。（2）进行样品采集，分析采样点典型药物的浓度水平。发现污水处理厂进水、出水中典型药物的最高浓度分别为68.2和47.3 ng/L。表层水体中均有检出，最高浓度达75.5 ng/L。（3）对污染源进行分析，发现污水处理厂可能是典型药物的典型污染源。生态风险评估结果发现典型药物的浓度水平不会产生环境风险。（4）优化制备了Fe基和Zr基MOFs材料，选Pt等贵金属和GO、1T-MoS2等二维材料及Ag/AgCl与MOFs原位复合，得到一系列MOFs复合材料。并以Fe基MOFs为前驱体，通过煅烧法制备Fe3O4@MOFs复合材料。（5）以布洛芬（IBP）、四环素（TC）等为目标污染物，研究其MOFs复合材料光催化去除效率及动力学。结果发现目标污染物的光催化降解均遵循一级动力学。MOFs复合材料能够显著提升目标污染物的去除效率，且贵金属、二维材料或Ag/AgCl等的添加量均存在最佳值。（6）通过SEM、TEM、XPS和光电化学等表征，研究目标污染物光催化去除效率提升的原因。通过自由基淬灭实验和ESR研究光催化体系中的活性粒子。研究发现与本底MOFs相比，复合材料的晶体结构均发生变化，具有更快的光生载流子的分离和迁移效率，且有更强的可见光响应度。在不同的复合材料的光催化体系中，起主要作用的活性粒子不同。（7）采用IC和LC/MS/MS定性分析IBP的降解产物，提出了IBP光催化降解的可能途径。发现IBP的降解产物在不同复合材料体系中不同，主要有羟基化、脱羧产物等，这主要与不同体系中的活性粒子的种类不同有关。