水体悬浮颗粒物表面诺氟沙星的界面光化学行为

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21806144
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    尉小旋
  • 依托单位：
    浙江师范大学
  • 学科分类：
    B0601.理论环境化学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Environmental behavior and ecotoxicity of antibiotics are one of the research frontiers and hotspots in recent years. In environmental waters, some antibiotics can be adsorbed by aquatic suspended particulate matters (SPMs) and mainly exist in the complex states with different environmental behavior and ecological risk. In order to fully and accurately evaluate the environmental risk of antibiotics in various forms, it is necessary to study the adsorption interaction between antibiotics and SPMs, and investigate the environmental behavior of antibiotics on the surface of SPMs. This is also an important scientific issue to be revealed. Since photochemical transformation is an central factor in determining the environmental fate of antibiotics, this study will adopt norfloxacin (frequently detected antibiotic) as a case to investigate its adsorption and photochemical behavior on the surface of common mineral SPM, quartz, and two emerging particulate pollutants (nanomaterial g-C3N4, and microplastic polyamide-6) by computational and experimental methods. We finally aim to clarify the mechanisms of adsorption and interfacial photochemical reactions, and develop effective computational methods to predict the adsorption and photochemical behavior of antibiotics on the surface of aquatic SPMs. The results of this study will help to enrich the aquatic environmental photochemical theory, and provide basic data and methods for the comprehensive risk assessment of antibiotics in combined pollution waters.
抗生素的环境行为和生态毒理效应是近年国际研究的前沿和热点。水环境中一些抗生素可与水体悬浮颗粒物发生吸附作用，主要以具有不同环境行为和生态风险的复合态存在。为了全面准确地评价水环境中具有多种形态的抗生素的环境风险，有必要考察抗生素与水体悬浮颗粒物的吸附相互作用及其在颗粒物表面的环境行为，这也是有待阐明的重要科学问题。鉴于光化学转化是决定抗生素环境归趋的重要因素，本项目拟采用计算模拟与实验结合的方法，以水环境中经常检出的诺氟沙星为例，研究其与常见矿物悬浮颗粒物石英和两种新型颗粒污染物(g-C3N4纳米材料和聚酰胺-6型微塑料)的吸附作用及诺氟沙星在颗粒物表面的界面光化学行为。本项目旨在阐明诺氟沙星在水体悬浮颗粒物表面的吸附和光化学反应机制，建立相应的吸附和界面光化学行为预测模型。研究结果可丰富水环境光化学理论，并为复合污染水体中抗生素的全面风险评价提供基础数据和方法。

结项摘要

天然水中普遍存在的悬浮颗粒物是决定抗生素等共存有机污染物环境归趋的一个重要因素，考察两者的吸附相互作用及悬浮颗粒物表面有机污染物的环境行为是全面准确地评价其环境风险的必要环节。鉴于光解是水环境中抗生素的主要转化途径，本项目采用计算模拟与实验结合的方法，以新型颗粒污染物微塑料、纳米材料以及常见矿物悬浮物石英为例，研究了其与水环境中经常检出的加替沙星(GAT)等抗生素的吸附作用，阐明了典型水体悬浮颗粒物对抗生素光解的影响机制。实验结果表明老化前后的聚乙烯型(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯型(PET)和聚酰胺-6型(PA-6)微塑料，纳米材料g-C3N4、Cu/g-C3N4和Ag/g-C3N4以及无机颗粒物SiO2都可与GAT等抗生素发生吸附作用，老化后的微塑料具有最强的吸附能力，其次是SiO2和纳米材料，未老化的微塑料吸附能力最弱。水体pH可通过改变悬浮颗粒物的表面电性和抗生素的解离形态结构基于静电作用影响两者的吸附。为了高效预测不同水环境中微塑料对有机污染物的吸附能力，分别基于线性自由能关系以及量子化学描述符和正辛醇/水分配系数构建了吸附平衡常数的定量构效关系模型；采用量子化学方法模拟了中性条件下GAT在g-C3N4表面和PE、PA-6、SiO2的(1 0 0)和(1 1 0)界面的吸附，计算的吸附能顺序与实验结果一致。理论计算从分子水平上阐明水体悬浮颗粒物对抗生素的吸附机制包括氢键作用、诱导偶极作用和空穴形成作用，对于含苯环的微塑料，π-π作用也是主要吸附驱动力。模拟日光照射下，不同形态GAT的光降解速率符合：纳米材料吸附态>SiO2吸附态>游离态>微塑料吸附态。除吸附作用外，水体悬浮颗粒物对抗生素光降解的影响是其光屏蔽、活性氧物种(ROS)淬灭和光致生成ROS氧化等作用的综合效应。本项目成果可为后续研究水体悬浮颗粒物吸附对共存有机物环境行为和生态风险的影响提供基础数据，丰富和发展复合污染水环境光化学理论，同时警示我们在基于实验室数据评价复合污染水体的环境风险时需要谨慎考虑污染物的实际存在形态对评价结果的影响。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
QSPR models for predicting the adsorption capacity for microplastics of polyethylene, polypropylene and polystyrene
用于预测聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯微塑料吸附能力的 QSPR 模型
  • DOI：
    10.1038/s41598-020-71390-3
  • 发表时间：
    2020-09-03
  • 期刊：
    SCIENTIFIC REPORTS
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Li, Miao;Yu, Haiying;Wei, Xiaoxuan
  • 通讯作者：
    Wei, Xiaoxuan
What is the better choice for Pd cocatalysts for photocatalytic reduction of CO2 to renewable fuels: high-crystallinity or amorphous?
对于光催化还原二氧化碳生成可再生燃料的钯助催化剂来说，哪种更好：高结晶度还是无定形？
  • DOI：
    10.1039/d0ta07196j
  • 发表时间：
    2020-10-28
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子：
    11.9
  • 作者：
    Chen, Qin;Wu, Shijie;Chen, Jianrong
  • 通讯作者：
    Chen, Jianrong
Developing Predictive Models for Carrying Ability of Micro-Plastics towards Organic Pollutants
开发微塑料对有机污染物的承载能力的预测模型
  • DOI：
    10.3390/molecules24091784
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    Molecules
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Wei Xiaoxuan;Li Miao;Wang Yifei;Jin Lingmin;Ma Guangcai;Yu Haiying
  • 通讯作者：
    Yu Haiying
微塑料对环境中有机污染物吸附解吸的研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    生态毒理学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    王一飞;李淼;于海瀛;马广才;尉小旋
  • 通讯作者：
    尉小旋

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其他文献

有机防晒剂在水环境中的光化学行为
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    科学通报
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  • 作者：
    尉小旋;谢晴;王雅;罗天烈
  • 通讯作者：
    罗天烈
计算模拟掺氮碳纳米管与水中芳香类污染物的吸附作用
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  • 期刊：
    科学通报
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  • 作者：
    张馨元;谢宏彬;尉小旋;陈景文
  • 通讯作者：
    陈景文
Mg2+配位作用对磺胺嘧啶结构及吸收光谱影响的计算模拟及验证
  • DOI：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    赵家兴;陈景文;张思玉;尉小旋
  • 通讯作者：
    尉小旋
溶解性有机质及Cu(Ⅱ)配位对磺胺二甲基嘧啶光转化的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    科学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李英杰;尉小旋;乔显亮;陈景文
  • 通讯作者：
    陈景文
模拟日光照射下土霉素的复合光化学转化动力学及环境归趋
  • DOI：
    10.13671/j.hjkxxb.2017.0388
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    环境科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    董倩倩;张蓬;尉小旋;葛林科;鞠茂伟;王德高;姚子伟
  • 通讯作者：
    姚子伟

其他文献

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尉小旋的其他基金

氟喹诺酮类抗生素消毒副产物的形成规律和吸附去除材料设计
  • 批准号：
    22376188
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    50.00 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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