摘要：硝基多环芳烃（Nitro polycyclic aromatic hydrocarbons, NPAHs）是一类具有直接致突变和致癌活性的污染物，普遍存在于大气和沉积物中，其致突变性和致癌性远高于对应的母体多环芳烃，对人体健康构成潜在威胁。本文综述了硝基多环芳烃的环境浓度及其对生态系统及人体健康的影响，并指出了光-Fe3-草酸盐体系用于降中硝基多环芳烃光解的研可行性。
关键词：硝基多环芳烃、光-Fe3-草酸盐体系、水溶液
环境中的多环芳烃(PAHs)在光化学或微生物作用下可转化生成带有取代基团的衍生物( SPAH) 。20 世纪 70-80 年代，环境工作者在城市大气颗粒物和柴油机机车排放的颗粒物中发现了多环芳烃衍生物——硝基多环芳烃（NPAHs）[1]，并进行了分离，NPAHs的发现使得一众学者对其进行探索研究。硝基多环芳烃是一类持久性有机污染物，属痕量有机污染物，主要来源于化石燃料和生物质的不完全燃烧所产生的一次污染物，及多环芳烃与大气介质中的氮氧化物发生光化学反应所生成的二次污染物，由于部分NPAHs是在光化学反应下生成，夏季的光照强于冬季，因此夏季NPAHs浓度高于冬季。同时较强的光化学反应促进了NPAHs的二次形成并附着于细颗粒物（PM2.5）中，有极大可能加剧人群患肺癌的风险。NPAHs在大气环境中常以颗粒相存在，其含量在大气中一般在0.0001-541ng/m3，尽管其含量极低，但NPAHs具有典型的“三致”效应。毒理学实验证明部分NPAHs的致癌性是PAHs的10倍，致突变性是PAHs的10万倍，其中含有4个芳香环的硝基多环芳烃具有更强的毒性效应，如1，6-二硝基芘、1,8-二硝基芘，而1,8-二硝基芘（1,8-dinitropyrene, 1,8-DNP）是目前报道过的致突变性最高的化合物。2012年，国际癌症研究中心将三种二硝基芘异构体列入可能的人类致癌物名单中，同时NPAHs不仅仅存在于大气环境中，也可以在大气与植物界面之间进行动态交换，进入食物链。不仅如此NPAHs在大气环境中下沉进入水环境，影响人类健康的范围在不断扩大，其对生态系统及人体健康影响的严峻性可想而知。因此，对于硝基多环芳烃在环境中的降解存在着不容忽视的研究的紧迫性。
NPAHs作为多环芳烃的衍生物，其降解方法可参考PAHs的降解方法。已知PAHs的离域大Π键可吸收太阳光的可见光（400-700nm）和紫外光（290-400nm）部分，可得出光降解是PAHs在水环境，土壤环境，大气环境中转化的一种重要方式，由此NPAHs的降解也可从光降解方式入手，且已有研究证明NPAHs在自然界中主要衰减通道为光解[2]，因此以上推断可成立。当前，对于NPAHs的光解作用主要研究方向为降解大气中所存在的NPAHs，而由于水溶液中NPAHs的溶解度十分有限，加之成分复杂，因此NPAHs在水溶液中的光解研究较少。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是经过查找资料发现在城市水体中的确检测出NPAHs，同时污水处理厂中所处理的排出水由于出水中颗粒物粒径较小，比表面积的增大，增强了颗粒的吸附性，因此单位质量上多环芳烃及其衍生物质量浓度较高，其中NPAHs有极大可能由PAHs在污水处理过程中通过污水厂构筑物中所含有的微生物作用转化产生。另外马明生[3]对NPAHs的研究，也验证了水溶液中对NPAHs光解的可行性，我们也有理由对水溶液中NPAHs的光解做进一步的探究。同时，对于PAHs在水溶液中的存在和去除早已有大量研究，而NPAHs的毒害性并不比PAHs小，甚至对人体健康的生态环境的毒害性强于PAHs，加之随着工业社会的发展，水中NPAHs的污染不容忽视，这也是研究水溶液中NPAHs光解作用的另一重要理由。地球表面大部分被水体覆盖，各种水体表层光化学反应主要由太阳光辐射引起的，光化学对水体中有机污染物有着重要作用，也为水中NPAHs的光解可能性提供了重要依据。
Fe3+-草酸盐配合物广泛存在于环境中，具有较强的光化学活性[4]。在光的作用下Fe3+会催化草酸产生H2O2，而H2O2引发的次级光化学反应对于有机物的转化具有重要作用，虽然该体系国内外尚未见应用于硝基多环芳烃光解过程，但是该体系已在对水溶液中雌二醇的降解及对水溶性染料脱色降解有所应用进展，且都具有良好的降解效果，同时水溶液中pH值及Fe3+-草酸盐配比的不同对所研究物质的降解有不同程度的效果。此外该体系中铁是地球上含量丰富的元素之一，具有较强的活泼性，在自然界中分布广泛，同时也存在于天然水体中，根据水体pH的不同，铁主要以Fe2+、Fe3+的形式存在，其中Fe3+活性更高，光催化作用更强，而环境水体中存在各种无机和有机物，Fe3+能够与他们形成配体络合物。鉴于草酸盐是天然水体中的常见成分且可以和铁形成络合物，其中Fe3+-草酸盐配合物是天然水相的常见成分[5]，在光照下既可以提高Fe3+的光催化活性，又可以产生H2O2，对污染物的降解有重要的作用，因此设计了光-Fe3+-草酸盐体系探究其对NPAHs水中光解的微观机制。
研究水溶液中NPAHs的光解反应，通过对NPAHs光解动力学、影响因素、光解产物的分析，揭示水溶液中NPAHs在光-Fe3+-草酸盐体系中的光化学反应规律，揭示其光解的微观机制，从理论上加深人们对污染物环境行为的认识，揭示NPAHs在水溶液中的迁移转化规律，且该体系与实际污染环境联系紧密，研究结果可为水环境污染控制提供理论依据，对我国控制水体污染有重大意义。
感谢吉林省大学生创新创业训练项目对本论文的资助（20191019X013）。
参考文献：
[1]乔梦，齐维晓，赵旭，等. 多环芳烃及其衍生物在北京典型污水处理厂中的存在及去除. 环境科学，2016; 37( 4) :1451 —1459
[2]薛洪海，陈伟伦，李广，等. 硝基多环芳烃光解作用研究进展[J]. 科学技术与工程，2018，18( 25) : 128—134
[3]马明生. 环境中潜在致癌物硝基多环芳烃的表征及其光化学行为的研究. 北京: 中科院生态环境研究中心，1993
[4]张海静.苯并[a]芘在高盐水体中的光化学转化研究[D].河北：河北大学，2014
[5]吴峰,邓南圣,左跃钢.铁(Ⅲ)-草酸盐配合物的光化学性质及其对天然水相中有机物光降解的作用[J].环境科学进展,1999(02):79-92.
第一作者简介：韩旭航，1999年生，女，籍贯山东省德州市，在读本科生，主要研究方向是环境工程。
论文作者:韩旭航 徐倩 花晨阳 薛洪海*
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
标签：芳烃论文; 硝基论文; 光化学论文; 草酸盐论文; 水溶液论文; 水体论文; 污染物论文; 《科学与技术》2019年19期论文;