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化科院杨朕副教授在DOM特性对痕量药物絮凝脱除的影响研究方面取得重要进展

近日,bet98傅亿堂-博艺堂手机版98-首页杨维本、杨朕团队在Water Research上发表了题为“Influence of DOM characteristics on the flocculation removal of trace pharmaceuticals in surface water by the successive dosing of alum and moderately hydrophobic chitosan”的研究论文(DOI: 10.1016/j.watres.2022.118163)。Water Research是环境工程领域和水处理行业的顶级期刊,也是入选自然指数(Nature Index)统计源的全球82本顶级期刊之一。

新污染物是指由人类活动产生,在城市污水、地表水、饮用水等水体中被频繁检出,但因生产使用历史相对较短或危害被发现较晚,尚无法律法规和标准予以规定或规定不完善的污染物。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中首次明确提出了“重视新污染物治理”这一表述。人工合成药物属新污染中的一类,尽管其在地表水中的浓度很低,但所引起的环境和健康风险不容忽视。

絮凝是被广泛采用的饮用水处理核心单元操作之一;但常规商用絮凝剂对水中痕量药物(TrP)的脱除能力有限。为实现包括TrP在内的痕量有机污染物(TrOC)的高效絮凝脱除,通过分析水体的复合污染特征和几种TrOC的水环境行为特征,杨朕课题组在前期工作中提出并验证了在常规有机或无机絮凝剂分子上构筑适度疏水改性单元以强化结合TrOC参与凝聚成核、进而通过固液分离将其从水中高效脱除的思路(iScience(2021, 24, 102491)、Water Research(2020, 177, 115775)、Chemical Engineering Journal(2018, 333, 310-319))。

溶解性有机质(DOM)广泛存在于地表水中,其特性是水体可处理性的重要影响因素之一。不同地表水中,DOM的特性差异会改变DOM、絮凝剂和药物分子间的相互作用关系,进而改变絮凝剂对目标药物污染物的脱除性能。在采用疏水改性絮凝剂的絮凝体系中,DOM的特性差异对TrP脱除性能的影响尚不清楚。为此,杨朕课题组以含有不同DOM特性的五种地表水(三种添加不同来源DOM的配水水样、两种真实水样)为处理对象,考察了相继投加明矾和疏水改性壳聚糖对五种典型TrP(诺氟沙星、盐酸四环素、罗红霉素、双氯芬酸、磺胺甲恶唑)的絮凝脱除性能;通过相关性分析量化了DOM四个不同方面的特性(荷电、分子量、亲/疏水性、有机碳官能团组成等)分别与TrP脱除率间的关系,并结合密度泛函理论(DFT)计算揭示了絮凝体系中水体各组分间的微界面相互作用关系。结果显示:明矾和疏水改性壳聚糖复配投加体系对不同水体中的典型TrP具有较强的广谱脱除性能;DOM的荷电和分子量与TrP的脱除无明显关联,但DOM的亲/疏水性及有机碳官能团组成与TrP的脱除具有强关联性;含C-C和C=C官能团的强疏水性DOM组分通过疏水缔合强化结合药物分子,促进了TrP进入絮体并被脱除,而含C-OH基团的亲水性DOM组分含量的提升则不利于TrP的絮凝脱除。相关结果为深化理解疏水改性絮凝剂体系的广谱适用性和可行性,更好地开展其在实际工程应用中的工艺调控提供了理论支撑。

论文第一作者为bet98傅亿堂-博艺堂手机版98-首页2019级硕士研究生王章正,通讯作者为杨朕副教授。该工作得到了江苏省自然科学基金优秀青年项目(BK20190087)、国家自然科学基金面上项目(51978341、52070100)、国家自然科学基金国际合作项目(52081330506)、国家留学基金委访学项目、江苏高校优势学科建设工程、江苏省新型动力电池重点实验室、江苏省生物医药功能材料协同创新中心等的经费支持。南师大科学计算中心对本工作中的理论计算部分提供了硬件支持;英国帝国理工学院Roger Perry实验室?ngel Nievas-Pino实验员和Geoff Fowler博士对本工作提供了有益的实验条件支持;袁博工程师也为本工作给与了无私的帮助。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135422001269

  • 更新时间

    2022年02月22日 16:36

  • 阅读量

  • 供稿

    化科院

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