冰中和水中四环素光降解动力学及其影响因素的比较

冰雪是一类重要且普遍的环境介质,而冰雪环境光化学是一门新兴的学科.在相同光照条件下比较冰中和水中有机污染物的光化学行为,有助于揭示冰雪光化学与水环境光化学之间的异同.本文以四环素(TC)为模型化合物,比较了模拟日光(λ>290 nm)照射下不同水体冰相和水相中TC的光降解动力学,研究了不同相中溶解性物质(腐殖酸(HA)、Cl-、NO-3和Fe(III))对光降解的影响及作用机制,以揭示冰雪环境光化学和水环境光化学的异同.结果表明,冰中和水中TC光解遵循准一级反应动力学,纯水冰中表观光解量子产率为4.76×10-3,高于纯水中表观光解量子产率(3.85×10-3).在不同水体中,冰相TC的光解快慢顺序为海水冰中>淡水冰中>纯水冰中,而在水相中光解快慢顺序与冰相不同,为淡水中>海水中>纯水中.通过考察主要溶解性物质对冰/水中TC光降解动力学的影响发现,无论是在冰相还是水相,Cl-、HA、NO-3和Fe(III)均加快了TC的光降解,且促进作用随浓度的升高而增强.但在水相与冰相中每个因素促进的程度却存在差异,相对于水环境,冰中HA、NO-3、Fe(III)敏化作用较大,对TC光降解的促进作用较强;而冰中Cl-对TC光解的促进作用较水相中弱.这些溶解性物质对TC光解的促进作用能够解释海水冰、淡水冰与海水、淡水中TC相对于纯水冰相/水相具有较强的光降解能力.进一步地,将实验数据外推到实际环境,在35°~50°N地区的仲冬季,冰雪表面和水体表层TC光化学降解的半减期分别为15.4~38.9 min和19.0~48.0 min,其不仅依赖于光解发生的纬度与季节,还受到反应基质(冰/水)的影响.以上结果揭示了冰中和水中TC光化学转化行为的异同,这对于准确评价寒冷环境中此类新型污染物的归趋具有重要意义.