工业区土壤中六溴环十二烷的污染特征及热转化机理模拟研究

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六溴环十二烷(hexabromocyclododecanes,HBCDs)是全球三大溴系阻燃剂之一,广泛应用于隔热建筑材料、室内装潢纺织品和电子产品领域。由于其具有环境持久性、生物富集性以及生物毒害性等持久性有机污染物特征,近期已被列入持久性有机污染物质考察清单,受到世界各国政府和科学家的广泛关注。尽管国际上对于HBCD的环境行为、生物富集及人体暴露等方面已开展很多研究,但对于HBCD在环境过程和生物体内的代谢转化方面尚缺乏深入的科学认识,大大限制了HBCD的生态健康风险评估研究,也因此成为HBCD风险评估中的重要科学问题。  HBCD在环境介质中的转化,主要包括生产使用过程的热转化以及进入环境介质后的光降解、微生物降解。本论文从方法学入手,建立了HBCD全部十种非对映体的分析技术,并在此基础上选取HBCD生产基地周边土壤为研究靶区,通过污染物的异构体组成变化探讨研究区域土壤中HBCD的转化特征,利用手性技术进行转化成因辨识;同时利用我国20个HBCD的商业品及标准品开展热转化模拟,研究温度对HBCD转化的影响,寻找示踪热过程转化的特征异构体。  本论文取得了以下主要成果:  1)利用液相色谱-电喷雾双质谱(LC-MS/MS),通过有机溶剂和反相色谱柱的有效组合,通过色谱柱串联技术首次建立了八种HBCD异构体的分析方法。对比目前国际上报道的分析方法,该方法灵敏度高,稳定性好。HBCD各异构体的仪器检测限为0.4-0.8 pg,各异构体响应强度的日内、日间相对标准偏差分别为1.8-5.1%、2.7-9.5%;在此基础上,进一步建立了十种HBCD异构体可完全基线分离的分析方法。最终建立的方法仪器检测限在0.1-0.3 pg,日内、日间相对标准偏差分别为1.1-7.9%和2.2-9.6%。  2)山东潍坊地区生产厂家土壤HBCD平均浓度为10497 ng/g干重,与国内外其它HBCD生产点源污染区土壤中HBCDs含量在同一水平。除α-、β-、γ-HBCD外,在土壤巾检测到δ-、ε-、ζ-、η-、θ-和ι-HBCD,并与技术产品存在显著差异。手性研究表明土壤样品中没有发生由生物过程引发的HBCD对映异构体的选择性转化,非生物转化(如光化学过程等)可能是导致工业生产区土壤样品中HBCD异构体组成发生变化的主要影响因素。  3)热模拟实验结果表明,不同HBCD技术产品构型转化速率有明显差异,随着温度的升高差异逐渐缩小,到160℃时基本达成一致。技术产品中β-HBCD在热暴露过程中比较稳定,基本不参与构型转化。技术产品在热暴露过程中还生成了δ-、η-和θ-HBCD,δ-、η-和θ-HBCD的比例均随着温度的升高而升高,但总体增长幅度有限。  4) HBCD单体研究表明,α-、β-和γ-HBCD在热模拟过程中可相互转化,且均生成少量的δ-、η-、θ-和ε-HBCD,四种HBCD异构体的生成比例和生成特征不同。ε-HBCD几乎不受温度的影响;δ-HBCD和η-HBCD在标准样品热暴露过程中均表现出随温度的升高比例升高的趋势。技术产品和单体标样热模拟实验结果均表明,δ-和η-HBCD可能是热过程构型转化的指示物。
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