近日，中国农业大学资源与环境学院李思课题组与北京大学环境科学与工程学院刘文课题组、新加坡国立大学土木与环境工程系胡江泳课题组，在环境生态领域优秀期刊Water Research（IF=9.130）上发表了题为“Photocatalytic transformation fate and toxicity of ciprofloxacin related to dissociation species: Experimental and theoretical evidences”的研究论文（Water Research, 2020, 116286）。

酸碱解离是影响可电离抗生素光化学行为的重要因素。该论文以环丙沙星(CIP) 为模型，采用UVA/LED光催化实验和密度泛函理论 (DFT) 计算相结合的方法，考察了不同解离形态CIP的光催化反应动力学、产物和途径、反应机理。

结果表明，两性离子型CIP (CIP^±) 表现出最高的光催化降解速率，TOC去除率以及氟离子释放速率。CIP^±易于发生脱氟反应和哌嗪环氧化，而阳离子型CIP (CIP⁺) 和阴离子型CIP (CIP^-) 的主要光催化途径为哌嗪环脱烷基。DFT计算从分子层面上揭示了不同解离形态CIP的反应位点、反应过渡态 (TS) 和能垒 (ΔEb)。该研究为深入解析酸碱解离对抗生素光催化行为提供了参考。

图1  不同pH条件下CIP解离形态分布 (a) 以及光催化反应动力学 (b-d)

图2  不同解离形态CIP光催化降解产物的生成演变趋势

图3  不同解离形态CIP的光催化降解产物和途径

图4  不同解离形态CIP与羟基反应的势能变化

本文通过模拟实验和DFT计算，揭示了酸碱解离对CIP光催化降解动力学和降解产物分布的影响规律和机制。本文的研究方法和思路，可为解析其他可电离抗生素等有机污染物的环境行为提供参考。

不同解离形态诱导生成的转化产物可能具有不同的环境持久性和毒性，因此，在今后的实验设计和DFT模型构建中，污染物解离形态的影响应引起关注。为了全面评估实际水体中CIP等污染物的归趋和风险，还应充分考虑其他共存物质的影响。

李思：中国农业大学资源与环境学院副教授，中国农业大学优秀人才（2019），博士毕业于新加坡国立大学。研究领域包括新兴污染物环境行为，环境污染控制技术开发与应用等。在Water Research, Chemical Engineering Journal, Journal of Hazardous Materials等期刊发表论文20余篇。

刘文：北京大学环境科学与工程学院特聘研究员、博士生导师，北京大学环境工程系副主任。主要研究领域包括环境纳米技术，环境功能材料合成与应用，水环境化学过程，环境化学理论计算等。在Journal of the American Chemical Society, Environmental Science & Technology, Water Research, Applied Catalysis B: Environmental等期刊发表论文100余篇。他引3000余次，h指数31（Google Scholar）。

胡江泳：新加坡国立大学土木与环境工程系教授，新加坡国立大学水研究中心主任，国际水协会（IWA）有害物质评估和控制专业委员会主席，Frontiers of Environmental Science and Engineering, Water Science and Technology等国际期刊编委。研究团队长期致力于给水及废水处理技术，新兴污染物监测和去除技术，生物膜形成与控制，再生水水质保障等领域。团队在Environmental Science & Technology, Water Research, Chemical Engineering Journal等期刊发表论文200余篇。他引6500余次，h指数45（Google Scholar）。

（来源：工业水处理）