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超分子主体化合物环糊精抽提技术定量评估典型污染物土壤生物有效性的机制及验证
结题报告
批准号:
21077020
项目类别:
面上项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
蔡喜运
依托单位:
学科分类:
B0607.环境毒理与健康
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
李雪花、唐颖、王奕、边海涛、张晓翔、刘会会、王钰、顾芳
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中文摘要
基于超分子空腔的包络作用,环糊精不仅可用于评估有机污染物的生物有效性,还可通过增溶效应来提高污染物的生物有效性,而应用于污染修复工程实践中。然而,环糊精的选择通常根据实践经验或工程运行结果来确定,对于环糊精评估或增加污染物生物有效性的机制缺乏了解。基于我们的前期研究,本项目将联合实验模拟和理论计算等技术手段,开展代表性农药与环糊精包合性能和包合位点判定、农药赋存形态变化、农药生物有效性的形态依赖性等研究,采用模拟环境条件下的实验结果对其进行验证,以阐明环糊精型定量评估污染物生物有效性的机制,并将有机结合单细胞模拟研究和真实土壤降解研究,以提高预测方法的可信性。项目成果预计建立土壤或沉积物体系中农药的赋存形态及其生物有效性的定量预测方法或理论方程,为预测或评估真实环境体系中污染物的生物有效性及其污染修复提供科学依据和方法指导。
英文摘要
生物有效性是限制有机污染物土壤原位修复与降解的限制因素。环糊精可调控生物有效性已被用于有机污染物的生物有效性评估及强化污染修复。然而,其调控机制不清楚限制了环糊精的应用。采用相溶实验和光谱滴定技术证实环糊精与污染物生成1:1包合物,其稳定性依赖于污染物与环糊精的结构。联合采用包合物的FTIR、H-NMR技术测试和分子动力学模拟,明确了包合物的化学结构。这种包合作用可影响污染物的溶解性能、光化学特性、内源脱氯解毒反应等速率,具体影响与污染物的化学结构显著相关。.我们采用序批式实验和XPS、FTIR及SEM表征证实了环糊精本身具有不同的吸附特性,与环糊精和吸附剂的种类有关;基于平衡分配原理(即有机污染物的吸附平衡)和环糊精的包合平衡,发现环糊精被吸附后仍能包合溶液中的有机污染物,表现出“伪相”作用,提出了环糊精影响有机污染物土壤赋存形态的数学模型;通过绿藻、斑马鱼急性毒性测试,证实了自由溶解态和环糊精包合态有机污染物的毒性效应相似;综合考虑污染物的形态分布及各形态毒理活性,提出了有效性分数概念,构建了环糊精调控有机污染物生物有效性的数学模型。结果表明环糊精对有机污染物生物有效性的影响与污染物的种类、环糊精的种类与用量相关。该数学模型可考虑环糊精调控效应及成本差异,为环糊精的选择与应用提供了理论指导。同时,我们采用化学合成技术将环糊精功能材料化,制备了一系列可循环使用的微球型材料。揭示了该材料对水体微污染物的选择性吸附与分离机制,量化了环糊精包合作用、网络捕捉、填孔作用等吸附机制的相对贡献,建立材料吸附-分离性能与材料本身理化特性相关联的数学模型,发现该类材料可预测水体中有效态污染物的浓度水平。.值得关注的是,土壤中沼渣的添加可以提高土壤中有机质含量,增强土壤对于农药的吸附作用,降低农药的生物有效性。沼渣还可以通过释放养分刺激土壤微生物对酰胺类除草剂的生物降解作用。从综合的效果看,污染物吸附作用的增强没有显著降低其土壤降解。环糊精是天然无毒的,改善土壤碳循环,可能影响土壤的微生态。然而,环糊精对土壤微生态的影响及其对污染物的生物降解影响没有文献报道。.综上,我们从污染物环境赋存层面阐明了环糊精影响污染物生物有效性的机制,构建了相应的数学模型,达到了课题的预期目标。部分成果发表在ES&T, Water Res, Plos ONE, EP, JAFC等期刊上。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mathematical Model for Cyclodextrin Alteration of Bioavailability of Organic Pollutants
环糊精改变有机污染物生物利用度的数学模型
DOI:10.1021/es303724b
发表时间:2013-06-04
期刊:ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Liu, Huihui;Cai, Xiyun;Chen, Jingwen
通讯作者:Chen, Jingwen
DOI:--
发表时间:2012
期刊:中国环境科学
影响因子:--
作者:夏春龙;陈景文;蔡喜运;LI Ang, ZHANG Yu, XIA Chun-long, CHEN Jing-wen, CA
通讯作者:LI Ang, ZHANG Yu, XIA Chun-long, CHEN Jing-wen, CA
DOI:--
发表时间:2012
期刊:中国环境科学
影响因子:--
作者:王钰;夏婷婷;陈景文;蔡喜运
通讯作者:蔡喜运
Adsorption mechanism-based screening of cyclodextrin polymers for adsorption and separation of pesticides from water
基于吸附机理筛选用于从水中吸附分离农药的环糊精聚合物
DOI:10.1016/j.watres.2011.04.004
发表时间:2011-05-01
期刊:WATER RESEARCH
影响因子:12.8
作者:Liu, Huihui;Cai, Xiyun;Chen, Jingwen
通讯作者:Chen, Jingwen
DOI:10.1021/jf202322p
发表时间:2011-10-26
期刊:JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
影响因子:6.1
作者:Cai, Xiyun;Niu, Lili;Chen, Jingwen
通讯作者:Chen, Jingwen
基于微生物生态进化和生境改良整合技术的高效石油降解菌群构建及其土壤适应性识别
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
环糊精对过硫酸盐氧化石化场地土壤中有机污染物的调控机制及优化
  • 批准号:
    21976025
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
Fe-TAML键合环糊精分子反应器构建及其选择性降解微污染物
  • 批准号:
    21677024
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
主体化合物对有机污染物生物有效性过程的调控作用及其化学多样性
  • 批准号:
    21477013
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
有机污染物与重金属络合物的超分子识别及其生物有效性与典型环境过程评估
  • 批准号:
    41171382
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
环糊精对手性芳基丙酸类药物水生毒理作用过程的对映体选择性识别
  • 批准号:
    20707002
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    蔡喜运
  • 依托单位:
国内基金
海外基金