科创中国

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生物与新医药技术

需求背景

多环芳烃(PAHs)是指含有两个以上苯环的碳氢化合物,广泛存在于自然界,是一类具有致癌、致畸和致突变作用的有毒有机污染物,目前已发现的致癌性多环芳烃及其衍生物已超过400种,对人类健康和生态环境(大气、土壤、沉积物、水体和地下水等)具有很大的潜在危害,其在环境中的毒性和持久性引起人们极大关注。多环芳烃主要来源于化石燃料(如煤、石油、汽油)的燃烧、森林大火、矿物油直接输人、木材防腐剂杂酚类化合物的应用等。土壤作为一种重要的环境介质,承担着90%以上的PAHs环境负荷,因此土壤多环芳烃污染问题日益引起人们重视。多环芳烃是一类疏水性有机化合物,其水溶性低,辛醇一水分配系数较高,易于从水中分配到生物体内或沉积于河流沉积层中,具有强的生物累积性。大部分PAHs因其较强的疏水性趋于吸附到土,壤(沉积物)颗粒上去,吸附作用的结果导致多环芳烃在吸附态和溶解态之间的分配或重新分配,从而影响多环芳烃在环境介质中的迁移、转化及降解作用。

需解决的主要技术难题

疏水性非离子有机化合物在土壤上的吸附是溶质的分配过程,即疏水有机物通过溶解作用分配到土壤有机质中,可用线性分配模型表示吸附过程5.)。但是这一模型假设土壤有机质在组成和分子结构上都是均匀的,与实际情况不符,并且对于实验中竞争吸附现象无法作出解释。

期望实现的主要技术目标

有关多环芳经的吸附分配系数(K)与水溶解度(S)、辛醇一水分配系数(K)的定量相关关系研究很多,但是吸附质的结构和化学性质极大地影响其在土壤/沉积物一水中的化学行为,有必要从多环芳烃的分子结构和参与化学反应的角度,结合有机化学中多环芳经的定量结构一性质关系(QSPR)研究,探讨不同种类多环芳烃在土中的吸附行为。

需求解析

解析单位：“科创中国”北京市科学技术研究院战略性新兴产业专业科技服务团（北京市科学技术研究院） 解析时间：2022-11-18

欧阳志云

中国科学院生态环境研究中心

法定代表人

综合评价

吸附解吸是水体中有机物迁移转化的重要方式,有机物在水体中主要以溶解态和吸附态两种形式存在,吸附解吸则是有机物在溶解态与吸附态之间转化的桥梁[s-8]。有机物在土壤和沉积物上的吸附机理主要有表面吸附作用和分配作用。表面吸附理论认为,颗粒物表面存在许多吸附位点,污染物通过各种分子间作用力与吸附位点作用而吸着于土壤颗粒物表面,由于强烈的表面吸附作用,某些土壤有机质对疏水有机物呈现非线性吸附[9];分配理论主要指有机化合物通过溶解作用分配到土壤有机质中,通过一定时间达到分配平衡[10]。Chiou等[11.12]经过一系列研究,认为土壤有机质是土壤一水体系中吸附有机污染物的主要成分,并将有机污染物进人土壤有机质的过程定义为分配作用。分配理论认为疏水有机物在水一土壤、沉积物体系中吸附为线性分配.采用了荒烯、苏、菲、荧蕙、花五种PAHs作为目标污染物(表1),并将五种PAHs溶于甲醇至于4℃备用。天然沉积物样品取自长江武汉段武汉关地区据河岸50m处,采用蚌式抓斗采泥器采集0~10 cm的表层沉积物,去除碎石、败叶等杂物,自然风干,用研钵捣碎研细,过80目孔径筛,贮存于4℃备份,此样品为W

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