水中几种光敏物质对布洛芬光解动力学的影响

李富华 马杜娟 程嘉颖 李骞凯 周玉辉 潘兆琪 张妍 江学顶 刘国光

摘  要：布洛芬是一种常用的非甾体抗炎药，在水环境中被广泛检出。光解是布洛芬在水中的主要消除方式之一，其光解动力学受水中溶解性物质的影响。通过模拟光解实验，研究腐植酸、双氧水、丙酮、模拟淡水和模拟海水对布洛芬光解动力学的影响。结果表明，低浓度的腐植酸促进了布洛芬的光解，高浓度则抑制了布洛芬的光解。双氧水明显促进了布洛芬的光解，丙酮对布洛芬光解的影响不大。模拟淡水和模拟海水条件下布洛芬的光解速率为0.001 72 min-1和0.009 28 min-1。

关键词：布洛芬  光敏物质  光解  动力学

中图分类号：X131.2           文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

Effects of Several Photosensitive Substances in Water on the Photolysis Kinetics of Ibuprofen

LI Fuhua1  MA Dujuan2  CHENG Jiaying1  LI Qiankai1  ZHOU Yuhui1  PAN Zhaoqi1  ZHANG Yan1  JIANG Xueding1  LIU Guoguang3*

（1.School of Environment and Chemical Engineering， Foshan University， Foshan， Guangdong  Province， 528225  China; 2.Guangdong Jianyan Environmental Monitoring Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong  Province， 510630 China; 3.School of Environmental Science and Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong  Province， 510006 China）

Abstract： Ibuprofen is a common nonsteroidal anti-inflammatory drug， which is widely detected in water environment. Photolysis is one of the main elimination methods of ibuprofen in water， and its photolysis kinetics is affected by soluble substances in water. The effects of humic acid， hydrogen peroxide， acetone， simulated freshwater and simulated seawater on the photolysis kinetics of ibuprofen were studied by simulated photolysis experiments. The results showed that low concentration of humic acid promoted the photolysis of ibuprofen， while high concentration inhibited the photolysis of ibuprofen. Hydrogen peroxide significantly promoted the photolysis of ibuprofen， acetone had little effect on the photolysis of ibuprofen. The photolysis rate of ibuprofen in simulated freshwater and simulated seawater were 0.001 72 min-1 and 0.009 28 min-1， respectively.

Key Words： Ibuprofen; Photosensitive substances; Photodegradation; Kinetics

近年來，药品及个人护理品（PPCPs）在水环境中被广泛检出引起了科学家和管理部门的关注。张倩分析了污水处理厂不同工艺对PPCPs的去除情况发现同一个处理工艺对不同PPCPs去除率与同一种PPCPs在不同的处理工艺中去除率差异很大[1]。张艳强调在改进污水处理厂工艺的同时，要健全监管机制，完善尾水排放标准及优控名单，加强PPCPs管控[2]。卫先宁等研究发现城市污水厂再生水中PPCPs的浓度较低，但其环境风险不容忽视[3]。布洛芬（IBP）是全球环境中检出频率最高的非甾体抗炎药之一，同时它被Besse等人界定为ⅠA级化合物[4]。研究表明，布洛芬对很多生物具有毒性作用。布洛芬会引起暴露的非洲尖齿鲶的鱼鳃、肝脏和肾脏的组织病理学损伤[5]。

光化学降解是PPCPs在水环境中的一个重要的削减途径[6-8]，其光解速率受水中溶解性物质的影响[9]。该研究以布洛芬为目标污染物，考察了腐植酸、双氧水和丙酮这几种环境水体中常见的光敏物质对其光解动力学的影响;同时，探讨了布洛芬在模拟淡水和模拟海水中的光解情况。研究结果为揭示布洛芬在不同环境水体中的光化学行为提供基础数据。

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器

布洛芬（99.8%纯度，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司）;硫酸、氢氧化钠和硝酸钠购自广州化学试剂厂;腐植酸购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;双氧水、丙酮、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、硫酸钠和冰乙酸购自成都市科龙化工试剂厂;乙腈（色谱纯，美国ACS恩科化学）。如无特别说明，所有试剂均为分析纯。

模拟淡水：采用超纯水配制，添加的试剂为10 mg/L NaNO3，8.4 mg C/L HA，50 mg/L NaHCO3[10]。模拟海水：采用超纯水配制，添加的试剂为0.5 mol/L NaCl，0.064 mol/L MgCl2，0.028 mol/L Na2SO4[11]。

南京胥江机电厂XPA-7型光化学反应仪及其配套的500 W汞灯，汞灯的光强为1.15 mW·cm-2;PHS-3C型pH计（上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂）;AL104型电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）;AS20500BDT-Ⅰ超声波清洗器（天津奥特赛恩斯仪器有限公司）;LC-20A高效液相色谱仪（日本岛津公司）。

1.2 光解实验

移取25 mL布洛芬溶液到50 mL具塞石英试管中进行光解实验，每隔15 min取样，每个实验进行3次平行，结果取平均值。

1.3 分析方法

采用高效液相色谱仪测定样品中布洛芬的浓度，色谱柱为ZORBAX Eclipse XDB-C18 （2.1×150 mm，3.5 μm），柱温40 ℃，进样体积为4 μL。流动相为60%的乙腈和40%冰乙酸水溶液（冰乙酸浓度为0.3%），流速0.2 mL·min-1。采用光电二极管阵列检测器，检测波长220 nm。

2 结果与讨论

2.1 腐植酸对布洛芬光解的影响

腐植酸（HA）对布洛芬（30 μmol/L）光解的影响如图1所示。当HA为10 mg/L时布洛芬的光解速率常数为0.013 77 min-1，HA促进了布洛芬的光解。然而，当HA的浓度较高，达到20或30 mg/L时明显抑制了布洛芬的光解，此时布洛芬的光解速率常数分别为0.003 33 min-1和0.003 00 min-1。

2.2 双氧水对布洛芬光解的影响

双氧水对布洛芬（30 μmol/L）布洛芬光解的影响如图2所示，双氧水在光照下可以产生羟基自由基等活性物种，明显促进了布洛芬的光解，且双氧水的浓度越大促进效果越明显。

2.3 丙酮对布洛芬光解的影响

丙酮对布洛芬（30 μmol/L）光解的影响效果如图3所示，反应体系中加入丙酮后布洛芬的光解速率基本没有变化，表明丙酮对布洛芬光解的影响不大，实验结果与丙酮对多数PPCPs光解的影响效果一致。

2.4 模拟淡水和海水中布洛芬的光解动力学

布洛芬在模拟淡水和模拟海水中的光解情况如图4所示，两种条件对布洛芬的光解影响较大，其光解速率常数分别为0.001 72 min-1和0.009 28 min-1，表明模拟淡水和模拟海水都不利于布洛芬的光解。

3 结语

研究选取的几种光敏物质除丙酮以外均会影响布洛芬的光解。HA对布洛芬光解的影响效果与其浓度有关，HA浓度为10 mg/L时促进了布洛芬的光解，浓度为20或30 mg/L时明显抑制了布洛芬的光解，但抑制强度基本相当。双氧水的加入明显促进了布洛芬的光解，其浓度越大促进效果越明显。模拟淡水和模拟海水条件都不利于布洛芬的光解，布洛芬的光解速率常数分别为0.001 72 min-1和0.009 28 min-1。

参考文献

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[2] 张艳.城市污水处理厂中药品及个人护理品的去除研究[J].中国资源综合利用，2021，39（7）：193-195.

[3] 卫先宁，季民，李茹莹.再生水中药品及个人护理品分布和环境风险分析[J].环境科学与技术，2020，43（12）：211-216.

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[5] G. A. Ogunwole， J. K. Saliu， F. I. Osuala， et al. Chronic Levels of Ibuprofen Induces Haematoxic and Histopathology Damage in the Gills， Liver， and Kidney of the African Sharptooth Catfish （Clarias Gariepinus） [J]. Environmental Science and Pollution Research， 2021，28（20）：25603-25613.

[6] 白莹，崔正国，苏荣国，等.水体中布洛芬的间接光降解作用机理研究[J].中国环境科学，2019，39（7）：2831-2837.

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[11]葛林科.水中溶解性物質对氯霉素类和氟喹诺酮类抗生素光降解的影响[D].大连：大连理工大学，2009.

基金项目：教育部产学合作协同育人项目（项目编号：202101255004）。

作者简介：李富华（1988—），男，博士，讲师，主要从事水污染控制研究。

通信作者：刘国光（1963—），男，博士，教授，研究方向为环境化学，E-mail：liugg615@163.com。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-9495