紫外高级氧化工艺中BPA与BPS降解动力学及毒性变化的比较研究：电子结构调控与生态风险权衡

本研究针对双酚类内分泌干扰物（BPA/BPS）在水环境中的残留风险，系统比较了UV/Cl、UV/PDS、UV/H2O2三种紫外高级氧化工艺（UV-AOPs）的降解效能与副产物毒性。通过结合ECOSAR预测与费氏弧菌（Vibrio fischeri）生物检测，首次揭示了磺酰基空间位阻对氯代副产物毒性的反常调控机制，为污染物特异性AOP设计提供了理论依据。

　　

随着工业化和人口增长，水环境中内分泌干扰物（EDCs）的污染问题日益严峻。双酚A（BPA）及其替代品双酚S（BPS）作为典型EDCs，因其在聚碳酸酯塑料、环氧树脂等产品中的广泛应用，已普遍存在于水体、沉积物甚至人体体液中。这类物质通过模拟雌激素作用，可导致生物体生殖障碍、发育异常和免疫失调。尽管传统污水处理工艺能部分去除EDCs，但难以彻底降解其残留结构，而紫外高级氧化技术（UV-AOPs）通过产生高活性自由基（如•OH、SO₄^•?）为破解这一难题提供了新思路。然而，不同氧化路径产生的中间产物可能具有更高生态风险，这一矛盾尚未得到系统研究。

针对上述问题，中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Environmental Research》发表论文，首次从分子电子结构视角揭示了BPA与BPS在UV-AOPs中降解动力学与毒性演变的差异规律。研究采用500 W汞灯模拟紫外光源，通过调控pH（3-9）、氧化剂剂量（0.1-2 mM）等参数，对比分析了UV/Cl、UV/PDS、UV/H₂O₂三种体系对两种污染物的去除效率。创新性地结合ECOSAR（生态结构活性关系模型）与费氏弧菌发光抑制实验，量化了不同转化产物（TPs）的毒性变化。

关键技术方法包括：1）采用HPLC-MS/MS追踪降解路径；2）电子顺磁共振（EPR）鉴定自由基种类；3）竞争动力学实验量化SO₄^•?/•OH贡献率；4）基于Vibrio fischeri的急性毒性测试；5）密度泛函理论（DFT）计算关键中间体电子云分布。

降解动力学与影响因素
研究发现BPA在UV/PDS体系中降解最快（k=0.3185 min^-1），因其富电子苯环易受SO₄^•?攻击；而BPS因磺酰基吸电子效应导致速率降低70%。碱性条件（pH 9）促进SO₄^•?生成，使BPA去除率达96.5%。溶解有机质（DOM）通过淬灭自由基使效率下降20-35%。

毒性演变规律
UV/Cl处理的BPA产生氯代产物TP07，毒性增至母体2倍；而BPS因磺酰基位阻抑制氯代反应，反使毒性降低15%。UV/H₂O₂生成的羟基化产物毒性升高25%，但碎片化产物毒性更强。MXene催化剂可提升PDS活化效率，减少有毒副产物。

结论与意义
该研究建立了污染物结构-降解路径-毒性关联模型，证实电子结构差异（BPA富电子环vs BPS磺酰基）决定自由基选择性。UV/PDS对BPA处理最优，而BPS需针对磺酰基设计专属氧化策略。发现的空间位阻减毒机制为AOPs工艺优化提供了新视角，推动水处理技术向"精准降毒"方向发展。