模拟太阳光照射下NO3-、NO2-和NH4+对萘普生光降解的影响
2021-12-31马杜娟程嘉颖黄诗琪李骞凯周玉辉李富华
马杜娟 程嘉颖 黄诗琪 李骞凯 周玉辉 李富华
摘 要：以350 W氙灯为光源，研究模拟太阳光照射下水环境中的NO3-、NO2-和NH4+对萘普生光降解的影响。结果表明，模拟太阳光照射下萘普生能快速降解，其光降解过程符合准一级动力学。水体中NO3-、NO2-均抑制了萘普生的光降解，且抑制作用随NO3-、NO2-浓度的增加逐渐增强，而NH4+对萘普生的光降解基本没有影响。研究结果对认识水体中NPX的迁移转化和评价其环境风险具有重要现实意义。
关键词：萘普生 无机氮 光降解 动力学
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：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，属于丙酸类非甾体抗炎药（NSAIDs），目前已在全世界范围内广泛使用。同时，NPX是一种水环境中普遍存在的典型药品及个人护理品（PPCPs）类污染物，传统的污水处理技术对其去除率不高。黄河流域生活污水是流域水环境中PPCPs的主要来源，河水中来源和贡献率分别为处理过的生活污水（47.78%），未处理的生活污水（19.68%）和其他污水（20.44%）[1]。樊鑫鑫等人通过ESCOAR风险预测和发光菌毒性实验证明氯化萘普生过程中生成了毒性更高的中间产物，对饮用水安全构成潜在威胁[2]。伊学农等人通过UV/氯技术降解水中的萘普生，效果良好但实际应用时需要注意消毒副产物的风险[3]。韩新秀等人研究紫外/过硫酸盐工艺对萘普生的降解效果时发现矿化率较低，而且在该工艺条件下降解产物比母体化合物更难去除[4]。廉杰等人研究指出太湖水体中NSAIDs混合物带来的污染不容忽视，尤其是秋季需要引起高度重视[5]。目前，我国环境中的PPCPs浓度不高，但其潜在的威胁不容忽视[6]。
光化学转化是PPCPs在表层水体中的重要降解途径，且影响其环境归趋和生态风险[7-8]。天然水体中存在着大量的无机氮，主要以硝酸根（NO3-）和铵根（NH4+）为主，某些情况下也会转变为中间形态亚硝酸根（NO2-）。在太阳光照条件下，这些不同形态的氮可以产生羟基自由基等活性物种，进而促进PPCPs降解。该文在模拟太阳光照射下，研究NO3-、NO2-和NH4+对NPX光降解的影响。
1 材料与方法
1.1 实验试剂和仪器
萘普生（四川西亚化工，99%纯度）;乙腈和甲醇为色谱纯（上海安谱科学仪器有限公司）;磷酸二氢钾、磷酸氢二钠和冰乙酸（成都科试），硫酸钠、硫酸铵、亚硝酸钠和硝酸钠（上海国药（集团）化学试剂有限公司）均为分析纯;实验用水为超纯水。
SGY-Ⅱ多功能光化学反应仪及配套350 W氙灯（主波长为365 nm，南京斯东柯电气设备有限公司）;LC-20AT高效液相色谱仪（日本岛津）;pHS-3C型酸度计（上海精科）;AL104型电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）;AS20500BDT-Ⅰ型超声清洁仪（AUTO SCIENCE）;生物毒性测试仪（DXY-2型，中国科学院南京土壤研究所）;Smart2 Pure超纯水/纯水一体化系统（德国TKA）。
1.2 反应液的配制
准确移取2.5 mL萘普生母液（1 000.0 mg·L-1）于250 mL棕色容量瓶中，然后分别加入硝酸钠溶液，最后用超纯水定容，使NPX的浓度为10.0 mg·L-1，NO3-的浓度分别为0.00、0.01、0.10和1.00 mmol·L-1。含有NO2-和NH4+的反应液的配制方法同NO3-离子反应液。
1.3 光解实验
移取20 mL反应液于25 mL具塞石英试管中，放置在光化学反应仪中进行光解实验。实验过程中，每隔5 min取一个样品，分析样品中NPX的浓度。
1.4 分析方法
采用高效液相色谱法（HPLC）测定NPX的浓度，色谱条件为：色谱柱ZORBAX Eclipse XDB-C18（2.1×150 mm，5 μm）;流动相为50%的乙腈和50%的冰乙酸水溶液（冰乙酸浓度为0.3%）（pH约为3.0），流速为0.2 mL·min-1，进样量为4 μL，柱温为40 ℃。检测器为光电二极管阵列检测器，检测波长为254 nm。
2 结果与讨论
2.1 NO3-对NPX光降解的影响
选用Na2SO4来判断Na+和SO4ˉ是否影响NPX的光解，结果（图1）表明不同浓度的Na2SO4对NPX的光解无影响，所以选用NaNO3和NaNO2考察NO3-和NO2-对NPX光解的影响，选择（NH4）2SO4考察NH4+对NPX光解的影响。
模拟太阳光照射下，NO3-对NPX光降解的影响如图2所示。结果表明，在添加NO3-的情况下，NPX的光解动力学较好地符合准一级反应动力学方程。NO3-会抑制NPX的光解，并且抑制率随共存NO3-浓度的升高而增大。
2.2 NO2-对NPX光降解的影响
NO2-对NPX光降解影响如图3所示，NO2-抑制NPX的降解，并且抑制率随着添加的NO2-浓度的升高而增大。
2.3 NH4+对NPX光降解的影响
NH4+对NPX光降解的影响如图4所示，结果表明NH4+对NPX光解影响不大。
3 结语
在模拟太阳光照射下，NO3-与NO2-均抑制了NPX的光降解，且其抑制作用随着NO3-和NO2-初始浓度的增加逐渐增强。这主要是由于NO3-和NO2-与NPX的吸收光谱部分重合，导致NO3-和NO2-对NPX产生竞争吸收而抑制NPX的直接降解。而NH4+对NPX的光降解影响不大，一方面由于NH4+不会与NPX竞争光子，另一方面在模拟太阳光照射下NH4+也不会产生活性物种。
参考文献
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[3] 伊学农，方佳男，高玉琼，等.紫外线-氯联合高级氧化体系降解水中的萘普生[J].环境工程学报，2019，13（5）：1030-1037.
[4] 韩新秀，高玉琼.紫外/过硫酸盐工艺对水中萘普生的降解效果[J].净水技术，2018， 37（12）：78-83，102.
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