论文题目：紫外/过二硫酸盐对典型喹诺酮类药物的降解及产物细胞毒性初步研究
摘要：近年来,虽然农业农村部畜牧兽医局对水产养殖用药严格管控,部分抗菌药物被限制或禁止使用,但一些中小型养殖企业仍不合理的使用各类抗菌药物,以促进水产生物的生长以及预防疾病。由于抗菌药物化学稳定性高难降解,且低浓度抗菌药物就能对生物体和人的生命健康产生威胁,水产养殖水体中抗菌药物的残留问题越来越引起人们的密切关注。紫外/过二硫酸盐（UV/PDS）联用工艺是一种基于硫酸根自由基（·SO4–）的高级氧化技术,·SO4–的氧化还原电位高达2.5～3.1 e V,能够高效降解淡水中残留的抗菌药物,但对于海产养殖水中抗菌药物降解的研究相对较少。本文采用UV/PDS高级氧化技术,对氧氟沙星（OFL）和氟甲喹（FLU）进行了降解研究,主要研究了UV/PDS降解OFL与FLU的反应动力学,OFL和FLU的反应活性位点,产物组成和生成途径,以及产物生物毒性初步分析。研究结果如下:（1）研究了不同水体、无机阴离子、初始p H和PDS初始浓度对UV/PDS体系降解OFL和FLU的影响效果。OFL和FLU在淡水、海产养殖水和海水中均能被UV/PDS降解,但在不同水体中的反应速率常数不同。OFL在不同水体中的反应速率常数遵循海水＞海产养殖水＞淡水,而FLU则遵循淡水＞海产养殖水＞海水。反应速率不同主要是由于水体中无机阴离子浓度不同造成的,Br–和HCO3–能加快UV/PDS体系与OFL反应,促进OFL的降解,而Cl–则抑制UV/PDS降解OFL,Br–、Cl–和HCO3–均抑制UV/PDS降解FLU。此外,p H值的改变也会影响UV/PDS体系降解OFL和FLU。过酸过碱均会抑制UV/PDS降解OFL,且初始p H=7时的反应速率最大,而FLU的降解速率随着p H值的升高而降低。初始过硫酸盐浓度的增大均会促进OFL和FLU的降解。（2）基于密度泛函理论分析了OFL和FLU的前线轨道和电荷分布特征,推断了OFL和FLU的反应活性位点,OFL的反应活性位点主要位于哌嗪基团和喹诺酮基团,哌嗪环上N1、N2、C6和C7原子具有较高负电荷,是亲电试剂最佳的攻击位点;喹诺酮基团上的C21、O24、O25和O26也具有较高的负电荷,是亲核试剂的最佳攻击位点。FLU的HOMO和LUMO的电子云主要分布在喹诺酮基团,喹诺酮基团不仅是亲电试剂的最佳攻击位点还是亲核试剂的最佳攻击位点。根据能带隙(EHOMO-ELUMO)结果可知,FLU比OFL更稳定。产物分析表明,UV/PDS体系中,OFL主要通过脱羧、脱氟、脱氧加氢等反应被降解,实验结果观察到7种最终产物,其中2个卤代产物,包括1个氯代产物和1个溴代产物,而在FLU降解体系中只识别出1个非卤代产物。（3）初步细胞毒性分析表明,UV/PDS与OFL反应得到的降解产物对蛋白核小球藻和大眼鲷鱼表现出轻微的毒性,降解产物对蛋白核小球藻的抑制率最高可达到9.72%,对大眼鲷鱼肝脏细胞只造成轻微的损伤,降低了肠道微生物的物种丰富度和多样性,但与传统的UV/Na Cl O方法相比,其产物细胞毒性显然要低得多;根据EPI Suite分析结果可知,与FLU（Logkow=1.6,Log BCF=0.579）相比,FLU的中间产物（Logkow＞1.6,Log BCF＞0.579）更易在生物体内累积,而最终产物P100的Logkow和Log BCF均小于0,表明经UV/PDS处理后,FLU的最终产物P100的生物累积性相对较低,不易在生物体内富集。综上所述,研究OFL和FLU在UV/PDS体系作用下的降解过程,为水环境中（淡水、海产养殖水和海水）中抗菌药物的去除提供理论依据。
关键词：氧氟沙星;氟甲喹;紫外/过二硫酸盐;反应动力学;产物识别;细胞毒性
学科专业：生物学
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 水环境中的抗菌药物
1.2.1 抗菌药物的定义和分类
1.2.2 水环境中抗菌药物的来源和污染现状
1.2.3 水环境中抗菌药物的危害
1.2.4 喹诺酮类抗菌药物概述
1.3 国内外对抗菌药物废水的常用处理方法
1.3.1 生物处理法
1.3.2 物理处理法
1.3.3 化学处理法
1.3.4 高级氧化技术
1.4 活化过硫酸盐高级氧化技术
1.4.1 活化过硫酸盐概述
1.4.2 活化过硫酸盐法对有机污染物的降解
1.5 UV/PDS降解抗菌药物的研究现状
1.6 本课题研究概况
1.6.1 研究目的与意义
1.6.2 研究思路与内容
1.6.3 研究技术路线
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验仪器
2.1.3 反应装置
2.2 实验方法
2.2.1 反应溶液的配制
2.2.2 UV/PDS降解实验方法
2.2.3 产物生物毒性初步分析
2.3 分析方法
2.3.1 抗菌药物浓度检测方法
2.3.2 溴酸盐、氯酸盐分析方法
2.4 产物识别
第三章 UV/PDS降解OFL的研究
3.1 UV/PDS降解OFL的反应动力学
3.1.1 OFL在不同水体中的降解
3.1.2 无机阴离子对反应的影响
3.1.3 p H对反应的影响
3.1.4 PDS投加量的影响
3.2 OFL与 UV/PDS反应机理分析
3.2.1 OFL反应活性位点识别
3.2.2 产物反应途径分析
3.3 产物毒性初步分析
3.3.1 蛋白核小球藻毒性实验初步分析
3.3.2 大眼鲷鱼毒性实验分析
3.4 本章小结
第四章 UV/PDS降解FLU的研究
4.1 UV/PDS降解FLU的反应动力学
4.1.1 FLU在不同水体中的降解
4.1.2 无机阴离子对反应的影响
4.1.3 pH对反应的影响
4.1.4 PDS投加量对反应的影响
4.2 FLU与 UV/PDS反应机理分析
4.2.1 FLU反应活性位点分析
4.2.2 产物反应途径分析
4.3 产物毒性初步分析
4.4 本章小结
第五章 结论及展望
5.1 结论
5.2 展望
5.3 课题创新点
参考文献
致谢