氧化石墨烯及其衍生物对吡虫啉光解的影响
新烟碱类杀虫剂（neonicotinoids,NEOs）目前已成为传统类杀虫剂的理想替代品，广泛应用于农业生产、城市园艺及植物保护等领域。由于该类物质分子量较小、水溶性较高，因此其很容易通过地表径流、渗滤等方式进入水环境介质中。目前，NEOs已被认为是一种新兴污染物，在水体中被广泛检出。另外，氧化石墨烯（grapheneoxide,GO）作为一种典型的碳质纳米材料，在生产生活中的广泛应用不可避免地导致其环境释放。GO表面具有丰富的含氧官能团，使其易于分散在水中。因此，其与水体中的NEOs有极大的共存可能性，从而影响NEOs的环境行为和归趋。特别地，环境介质中的GO会在一定条件下发生转化，引起纳米颗粒理化性质的改变，进而导致其与共存污染物之间的相互作用更加复杂。 本研究通过臭氧（污水处理系统中常用的消毒剂）和紫外光照射（波长＞290nm）分别处理GO，探究了GO在环境中的潜在转化途径，通过多种材料表征手段分析了GO及其衍生物在光学、官能团、形貌结构、稳定性及团聚性能方面的差异；选择杀虫剂市场份额最高的吡虫啉（imidacloprid,IMD）作为NEOs的代表，通过光化学反应和多种研究方法揭示了GO及其衍生物对IMD光解的影响过程及机制，结合高分辨率质谱阐明了GO及其衍生物介导下IMD的光解路径，使用ECOSAR软件对IMD光解产物的水生毒性进行了分析，最后探讨了不同环境条件对上述光解反应的影响。主要结论如下： 1.GO在环境相关条件下具有发生转化的可能性，产生的衍生物的理化性质与母体有显著差异。具体地，经光照处理产生的还原态GO（reducedgrapheneoxide,RGO）C/O比增加、吸光能力增强，形貌上出现明显的褶皱和碎片，表面含氧官能团大部分脱落、缺陷结构增加，电负性和悬浮稳定性下降；臭氧处理产生的氧化态GO（oxidizedgrapheneoxide,OGO）引入了较多的含氧官能团，使得原先GO片层的褶皱被展开，缺陷结构减少，吸光能力减弱，表面电负性和亲水性增强。 2.GO及其衍生物的存在显著抑制了IMD的光降解效率，抑制程度与材料C/O比呈正相关，遵循RGO＞GO＞OGO的顺序。影响机制主要包括两方面：一是上述三种石墨烯基材料（graphene-basednanomaterials,GNs）含有的特殊的sp2?-共轭结构使其具有较强的光屏蔽能力，从而与IMD分子竞争有限的光子，最终抑制共存IMD的直接光解；二是GNs在光照下可以产生活性氧物质（reactiveoxygenspecies,ROS）进而促进IMD的间接光解。在这两种影响机制中，前者占主导作用。另外，富含含氧官能团的GO和OGO的存在改变了IMD的光解路径，并诱导产生了毒性效应更强的中间产物。 3.环境条件对GNs介导下IMD光解的影响很大程度上由IMD的直接光解过程决定。pH对GNs介导下IMD的光解无显著影响；共存离子对GNs介导下IMD光解的影响机制包括：自身的光屏蔽作用、影响GNs悬浮稳定性、吸附亲和力、光敏效应等。阴、阳离子的影响机制有所差异：阴离子主要通过光屏蔽作用来影响IMD的光解，而阳离子还可以通过光敏效应、吸附作用共同影响IMD的光解过程。 以上结果表明，GO及其衍生物能够抑制水体中IMD的光降解效率，并改变IMD的光解路径，使产物毒性增大。可见碳质纳米材料对环境介质中共存的NEOs的环境行为与归趋具有显著影响。本文的研究结论为阐明碳质纳米颗粒与NEOs的界面过程和相互作用机制，观测和评估NEOs的环境行为和风险提供了理论依据，对科学制定相关环境管理政策提供借鉴。
水体污染;吡虫啉;氧化石墨烯;石墨烯;光屏蔽效应;活性氧物质
西北农林科技大学
硕士
环境科学
祝凌燕;夏天骄
2023
中文
X52
2023-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）