聚乙二醇/硫酸钠双水相体系高效萃取三嗪类除草剂阿灭净的环境治理应用研究

本研究针对农业废水中的三嗪类除草剂阿灭净（ametryn）污染问题，创新性地采用聚乙二醇（PEG 4000）/硫酸钠（Na2SO4）双水相体系（ATPS）进行高效萃取。结果表明，最优配比（14.90% PEG/10.41% Na2SO4）实现100%萃取效率，分配系数（Kp）达185.08，吉布斯自由能（ΔG）低至-12.93 kJ·mol-1，显著优于传统辛醇-水体系。该技术为农药污染治理提供了绿色高效的解决方案。

　　

在甘蔗种植业广泛使用的三嗪类除草剂阿灭净（ametryn），因其高毒性和生物累积性对水体生态系统构成严重威胁。传统辛醇-水萃取法虽能测定分配系数，但有机溶剂的毒性、易燃性及废弃物处理问题制约其应用。更棘手的是，现有微萃取技术存在重现性差（如涡旋辅助液液微萃取仅53%效率），而吸附材料如纳米碳黑虽具潜力却缺乏循环稳定性。如何开发高效、可持续的农药萃取技术，成为环境科学领域的重大挑战。

针对这一难题，研究人员开展了一项创新研究，成果发表在《Results in Chemistry》。该研究首次将聚乙二醇（PEG 4000 g·mol^-1）与硫酸钠（Na₂SO₄）组成的双水相体系（aqueous two-phase system, ATPS）应用于阿灭净萃取。通过系统优化组分比例，研究人员发现当PEG浓度提升至14.90%（w/w）、Na₂SO₄达10.41%（w/w）时，阿灭净在298.15 K条件下可完全迁移至PEG富集相，实现100%萃取效率，分配系数较传统方法提高430倍。这一突破不仅为农业面源污染治理提供了新工具，更开创了绿色溶剂替代的技术路径。

关键技术方法
研究采用五组不同配比的PEG/Na₂SO₄ ATPS（8.75%-17.23% PEG，7.68%-11.08% Na₂SO₄），通过24小时平衡分离后，使用高效液相色谱（HPLC）定量各相阿灭净浓度。计算分配系数（K_p）和吉布斯自由能（Δ_pG）评估萃取效率，并通过ANOVA和Tukey检验分析数据显著性。

研究结果

3.1 HPLC分析
ATPS 3（12.80% PEG/10.05% Na₂SO₄）展现出惊人的分配性能，K_p达185.08±17.3，远超ATPS 1（4.07±0.16）和2（35.73±10.0）。更令人振奋的是，ATPS 4-5的盐相中阿灭净浓度低于检测限（LOD=0.000369 mg·L^-1），证实其完全萃取能力。

3.2 热力学机制
盐析效应（salting-out effect）是驱动萃取的核心机制：Na₂SO₄通过离子-偶极作用强烈结构化水分子，迫使疏水性阿灭净向PEG相迁移。PEG 4000的疏水-亲水平衡（HLB）特性使其既能通过氢键结合水，又能通过范德华力捕获阿灭净。这种双重作用使Δ_pG低至-12.93 kJ·mol^-1，过程高度自发。

结论与意义
该研究首次证明PEG 4000/Na₂SO₄ ATPS对阿灭净的完美萃取能力，其环境友好性（可生物降解组分）、低成本（无需有机溶剂）和易操作性（常温常压）三大优势，使其在农业废水处理领域展现出巨大潜力。相比传统方法，该技术节省60% PEG用量即可实现更高效能，为《斯德哥尔摩公约》列控污染物的治理提供了创新方案。未来通过耦合膜分离技术，有望实现PEG循环利用，进一步推动绿色化学工程发展。