单过硫酸盐氧化药物类新兴污染物：动力学、机理及NDMA生成势控制

Pharmaceutical emerging contaminants (such as ranitidine etc.) that frequently detected in aquatic environment have adverse effects on aquatic ecology and human health. In particularly, N-Nitrosodimethylamine (NDMA), the by-product of high toxicity, generated from pharmaceutical contaminants during disinfection processes has attracted worldwide attention. In the view of above-mentioned problems caused by pharmaceutical contaminants, we jump out of the traditional idea of using catalytic peroxymonosulfate (PMS) for decontamination. Here, a new idea is proposed that the direct oxidation ability of PMS will be utilized to eliminate pharmaceutical contaminants and control their NDMA formation potentials. This project will firstly investigate the reaction kinetics of PMS with typical pharmaceutical NDMA precursors, and reveal the relationship between PMS oxidation rate and contaminant structure. Secondly, the oxidation products of target contaminants by PMS will be detected and their toxicity will be evaluated to clarify the oxidation pathways and mechanisms. Then, the effect of PMS pre-oxidation on the NDMA formation potentials will be investigated and the involved mechanisms will be proposed. Finally, the efficiency of PMS on pharmaceutical contaminants degradation in real water will be explored and the change of their NDMA formation potentials will be investigated. This project will provide important theoretical basis and technical support for the application of PMS direct oxidation technology in drinking water treatment process.

药物类新兴污染物（如雷尼替丁等）广泛存在于水环境中。它们不仅自身具有环境危害，还是毒性更强的消毒副产物N-二甲基亚硝胺（NDMA）的重要前体物。针对这一问题，申请人在前期研究基础上，摒弃了利用单过硫酸盐（PMS）催化氧化去除有机污染物的传统思维，提出利用非活化PMS直接氧化能力控制药物类新兴污染物及其NDMA生成势的新思路。本项目首先将研究PMS氧化典型药物类NDMA前体物的反应动力学，揭示PMS氧化速率与污染物结构之间的关系；研究PMS氧化目标污染物过程中生成的氧化产物，分析氧化产物的毒性变化，阐明PMS氧化路径和机理；考察PMS预氧化对NDMA生成势的影响，阐明PMS影响NDMA生成的内在机理；评价实际水中PMS氧化降解典型药物类污染物效能及其NDMA生成势变化。本项目研究将为PMS直接氧化技术在饮用水处理过程中的应用提供重要的理论基础和技术支持。

药物类新兴污染物（如雷尼替丁等）广泛存在于水环境中。它们不仅自身具有环境危害，还是毒性更强的消毒副产物N-二甲基亚硝胺（NDMA）的重要前体物。针对这一问题，申请人在前期研究基础上，提出利用非活化PMS直接氧化能力控制药物类新兴污染物及其NDMA生成势的新思路。本项目选取了雷尼替丁、尼扎替丁、舒马曲坦和多拉西敏作为典型药物类NDMA前体物，首先研究了PMS对目标污染物的氧化动力学，研究结果显示PMS对雷尼替丁和尼扎替丁表现出极高的反应活性，其表观二级反应速率常数随着pH值的升高而逐渐降低，在1332~240 M-1s-1之间。PMS与舒马曲坦和多拉西敏的反应活性明显低于雷尼替丁和尼扎替丁，并且其表观二级反应速率常数随着pH的升高而逐渐增大，在0.02~59 M-1s-1范围内。通过建立动力学模型求解发现，PMS与目标污染物的电离形态对动力学过程的贡献不同，造成了迥异的氧化动力学现象。通过产物分析鉴定发现，PMS氧化目标物污染物的主要反应位点为叔胺基团、硫醚基团和苯环集团，主要生成加氧产物。根据产物鉴定结果可以得到PMS氧化不同目标污染物的反应路径。PMS预氧化能够有效降低目标污染物的NDMA生成势，结合产物生成动力学分析可知，叔胺基团是目标污染物NDMA生成的重要亚结构，当叔胺基团被氧化为加氧产物后，其NDMA生成势显著降低（抑制率>90%）。对于雷尼替丁和尼扎替丁，它们的初级转化产物具有完整的叔胺基团，因此同样具有较高的NDMA生成势，当这些初级产物的叔胺基团继续被转化后，其NDMA生成势也大大降低。常见的水质背景成分对PMS氧化目标污染物的影响可以忽略不计，说明PMS氧化具有极强的选择性。实际水中的氧化实验也表明，PMS能够在复杂水质条件下有效氧化降解污染物，并能够有效抑制其NDMA产率。本项目探索了PMS直接氧化在药物类新污染物及其有毒副产物控制方面的应用潜力，为PMS直接氧化技术在饮用水处理过程中的应用提供重要的理论基础和技术支持。