模擬太陽光照射下NO3-、NO2-和NH4+對(duì)萘普生光降解的影響

馬杜娟 程嘉穎 黃詩琪 李騫凱 周玉輝 李富華

摘? 要：以350 W氙燈為光源，研究模擬太陽光照射下水環(huán)境中的NO3-、NO2-和NH4+對(duì)萘普生光降解的影響。結(jié)果表明，模擬太陽光照射下萘普生能快速降解，其光降解過程符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)。水體中NO3-、NO2-均抑制了萘普生的光降解，且抑制作用隨NO3-、NO2-濃度的增加逐漸增強(qiáng)，而NH4+對(duì)萘普生的光降解基本沒有影響。研究結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)水體中NPX的遷移轉(zhuǎn)化和評(píng)價(jià)其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：萘普生? 無機(jī)氮? 光降解? 動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)：X83? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）10（b）-0000-00

Effects of NO3-， NO2- and NH4+ on the Photodegradation of Naproxen under Simulated Sunlight

MA Dujuan1? CHENG Jiaying2? HUANG Shiqi2? LI Qiankai2? ZHOU Yuhui2? LI Fuhua2

（1.Guangdong Jianyan Environmental Monitoring co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province，510630? China; 2.School of Environment and Chemical Engineering， Foshan University， Foshan， Guangdong Province，528225? China）

Abstract： Using a 350 W xenon lamp as a light source， the effects of aqueous NO3-， NO2-， and NH4+ on the photodegradation of naproxen under simulated sunlight were studied. The results indicate that naproxen rapidly degrades under simulated sunlight， and the photolysis process of naproxen is consistent with quasi-first-order kinetics. NO3- and NO2- in water inhibited the photodegradation of naproxen， and the inhibitory effect increased with the increase of NO3- and NO2- concentration; by contrast， NH4+ has little effect on the photodegradation of naproxen. The research results have important practical significance for understanding the migration and transformation of NPX in water and evaluating its environmental risks.

Key Words： Naproxen; Inorganic nitrogen; Photodegradation; Kinetics

萘普生（NPX）又叫甲氧異丙酸，屬于丙酸類非甾體抗炎藥（NSAIDs），目前已在全世界范圍內(nèi)廣泛使用。同時(shí)，NPX是一種水環(huán)境中普遍存在的典型藥品及個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）類污染物，傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)對(duì)其去除率不高。黃河流域生活污水是流域水環(huán)境中PPCPs的主要來源，河水中來源和貢獻(xiàn)率分別為處理過的生活污水（47.78%），未處理的生活污水（19.68%）和其他污水（20.44%）[1]。樊鑫鑫等人通過ESCOAR風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和發(fā)光菌毒性實(shí)驗(yàn)證明氯化萘普生過程中生成了毒性更高的中間產(chǎn)物，對(duì)飲用水安全構(gòu)成潛在威脅[2]。伊學(xué)農(nóng)等人通過UV/氯技術(shù)降解水中的萘普生，效果良好但實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要注意消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)[3]。韓新秀等人研究紫外/過硫酸鹽工藝對(duì)萘普生的降解效果時(shí)發(fā)現(xiàn)礦化率較低，而且在該工藝條件下降解產(chǎn)物比母體化合物更難去除[4]。廉杰等人研究指出太湖水體中NSAIDs混合物帶來的污染不容忽視，尤其是秋季需要引起高度重視[5]。目前，我國環(huán)境中的PPCPs濃度不高，但其潛在的威脅不容忽視[6]。

光化學(xué)轉(zhuǎn)化是PPCPs在表層水體中的重要降解途徑，且影響其環(huán)境歸趨和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。天然水體中存在著大量的無機(jī)氮，主要以硝酸根（NO3-）和銨根（NH4+）為主，某些情況下也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g形態(tài)亞硝酸根（NO2-）。在太陽光照條件下，這些不同形態(tài)的氮可以產(chǎn)生羥基自由基等活性物種，進(jìn)而促進(jìn)PPCPs降解。該文在模擬太陽光照射下，研究NO3-、NO2-和NH4+對(duì)NPX光降解的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

萘普生（四川西亞化工，99%純度）;乙腈和甲醇為色譜純（上海安譜科學(xué)儀器有限公司）;磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉和冰乙酸（成都科試），硫酸鈉、硫酸銨、亞硝酸鈉和硝酸鈉（上海國藥（集團(tuán)）化學(xué)試劑有限公司）均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

SGY-Ⅱ多功能光化學(xué)反應(yīng)儀及配套350 W氙燈（主波長(zhǎng)為365 nm，南京斯東柯電氣設(shè)備有限公司）;LC-20AT高效液相色譜儀（日本島津）;pHS-3C型酸度計(jì)（上海精科）;AL104型電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）;AS20500BDT-Ⅰ型超聲清潔儀（AUTO SCIENCE）;生物毒性測(cè)試儀（DXY-2型，中國科學(xué)院南京土壤研究所）;Smart2 Pure超純水/純水一體化系統(tǒng)（德國TKA）。

1.2 反應(yīng)液的配制

準(zhǔn)確移取2.5 mL萘普生母液（1 000.0 mg·L-1）于250 mL棕色容量瓶中，然后分別加入硝酸鈉溶液，最后用超純水定容，使NPX的濃度為10.0 mg·L-1，NO3-的濃度分別為0.00、0.01、0.10和1.00 mmol·L-1。含有NO2-和NH4+的反應(yīng)液的配制方法同NO3-離子反應(yīng)液。

1.3 光解實(shí)驗(yàn)

移取20 mL反應(yīng)液于25 mL具塞石英試管中，放置在光化學(xué)反應(yīng)儀中進(jìn)行光解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，每隔5 min取一個(gè)樣品，分析樣品中NPX的濃度。

1.4 分析方法

采用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定NPX的濃度，色譜條件為：色譜柱ZORBAX Eclipse XDB-C18（2.1×150 mm，5 μm）;流動(dòng)相為50%的乙腈和50%的冰乙酸水溶液（冰乙酸濃度為0.3%）（pH約為3.0），流速為0.2 mL·min-1，進(jìn)樣量為4 μL，柱溫為40 ℃。檢測(cè)器為光電二極管陣列檢測(cè)器，檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 NO3-對(duì)NPX光降解的影響

選用Na2SO4來判斷Na+和SO4ˉ是否影響NPX的光解，結(jié)果（圖1）表明不同濃度的Na2SO4對(duì)NPX的光解無影響，所以選用NaNO3和NaNO2考察NO3-和NO2-對(duì)NPX光解的影響，選擇（NH4）2SO4考察NH4+對(duì)NPX光解的影響。

模擬太陽光照射下，NO3-對(duì)NPX光降解的影響如圖2所示。結(jié)果表明，在添加NO3-的情況下，NPX的光解動(dòng)力學(xué)較好地符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。NO3-會(huì)抑制NPX的光解，并且抑制率隨共存NO3-濃度的升高而增大。

2.2 NO2-對(duì)NPX光降解的影響

NO2-對(duì)NPX光降解影響如圖3所示，NO2-抑制NPX的降解，并且抑制率隨著添加的NO2-濃度的升高而增大。

2.3 NH4+對(duì)NPX光降解的影響

NH4+對(duì)NPX光降解的影響如圖4所示，結(jié)果表明NH4+對(duì)NPX光解影響不大。

3? 結(jié)語

在模擬太陽光照射下，NO3-與NO2-均抑制了NPX的光降解，且其抑制作用隨著NO3-和NO2-初始濃度的增加逐漸增強(qiáng)。這主要是由于NO3-和NO2-與NPX的吸收光譜部分重合，導(dǎo)致NO3-和NO2-對(duì)NPX產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸收而抑制NPX的直接降解。而NH4+對(duì)NPX的光降解影響不大，一方面由于NH4+不會(huì)與NPX競(jìng)爭(zhēng)光子，另一方面在模擬太陽光照射下NH4+也不會(huì)產(chǎn)生活性物種。

參考文獻(xiàn)

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[2] 樊鑫鑫，杜爾登，李佳琦，等.萘普生在氯消毒過程中的去除、轉(zhuǎn)化與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2018，39（4）：1645-1653.

[3] 伊學(xué)農(nóng)，方佳男，高玉瓊，等.紫外線-氯聯(lián)合高級(jí)氧化體系降解水中的萘普生[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2019，13（5）：1030-1037.

[4] 韓新秀，高玉瓊.紫外/過硫酸鹽工藝對(duì)水中萘普生的降解效果[J].凈水技術(shù)，2018， 37（12）：78-83，102.

[5] 廉杰，李祎飛，王曉暄，等.太湖水體中NSAIDs的時(shí)空分布規(guī)律和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2020，41（5）：2229-2238.

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