基于VEGA、COSMO-RS和实验的系统性疏水深共熔溶剂设计用于高效去除水中石房蛤毒素和短裸甲藻毒素

研究人员针对环境持久性评估中易生物降解物质半衰期数据稀缺的问题，开展了12种表面活性剂和叔胺类物质在河水中的降解动力学研究。通过实验测定环境相关低浓度下的半衰期（多数<24小时），发现其显著短于REACH（360小时）和CSCL（120小时）的默认值。采用AIST-SHANEL模型验证表明，实验值能显著提升暴露评估准确性，为分级环境风险评估提供了关键参数依据。

　　

随着化学物质对环境影响日益凸显，环境风险评估中预测环境浓度（PEC）与预测无效应浓度（PNEC）的比值成为关键指标。然而当前面临两大困境：一方面易生物降解物质（如表面活性剂和叔胺）在河水中的实际半衰期数据严重匮乏，监管机构只能采用保守的默认值（REACH建议360小时，日本CSCL采用120小时）；另一方面，已有研究表明这些默认值可能导致暴露浓度被高估，但缺乏系统性实验验证。这种数据缺口使得风险评估可能产生偏差，尤其对于通过下水道排放的家用化学品，准确评估其在河流中的归趋行为至关重要。

为破解这一难题，日本国立先进工业科学技术研究所（AIST）的研究团队开展了一项创新性研究。他们选取12种易生物降解物质（包括C₁₂-C₁₈ APB两性离子表面活性剂、C₁₂ AO氧化胺、C₁₆-C₁₈ TEAQ季铵盐等4大类表面活性剂和C₁₈ ADA等2种叔胺），通过模拟河流消失实验（OECD TG 309标准），在1-100 μg/L环境相关浓度范围内测定其降解动力学。研究创新性地结合AIST-SHANEL模型（Standardized Hydrology-based AssessmeNt tool for chemical Exposure Load）进行暴露评估验证，并将预测结果与日本肥皂洗涤剂协会（JSDA）的实际监测数据对比。该研究成果发表在环境科学领域权威期刊《Chemosphere》上。

研究主要采用三项关键技术：1）多浓度梯度河流消失实验（初始设置至少3个浓度水平，采样≥6个时间点）；2）LC/MS-MS分析技术（Agilent和Shimadzu平台）定量检测母体化合物；3）AIST-SHANEL水文模型（覆盖日本109条一级河流，输入参数包括污水处理厂去除率、年排放量等）。特别值得注意的是，针对阳离子表面活性剂（如C₈-C₁₆ BAC和C₁₂-C₁₈ ATMAC），研究首次验证了烷基链长度对降解速率的非线性影响。

研究结果揭示多个重要发现：
3.1节显示所有测试物质均呈现随时间递减的降解曲线，其中9种物质在最低测试浓度下的半衰期为1.75-21小时。C₁₆-C₁₈ TEAQ等含易水解基团（如酯键、酰胺键）的物质还表现出非生物降解贡献。3.2节通过剂量效应分析发现，除C₈-C₁₆ BAC和C₁₀ DASS外，多数物质的降解速率与初始浓度呈负相关，支持"低浓度更快降解"的生态相关性原则。

最具突破性的发现来自3.3节的结构-活性关系研究。对于阳离子表面活性剂，C₁₂-C₁₈ ATMAC的降解速率随烷基链缩短而加快（C₁₂半衰期12.4小时，C₁₈达120小时），而C₈-C₁₆ BAC则呈现"距离效应"——C₁₀降解最快（23.1小时），C₈和C₁₆分别需49.5和248小时。这为Swisher提出的"距离原理"提供了新证据，表明苯环与末端烷基的间距显著影响酶可及性。

3.4节的模型验证表明，当半衰期>60小时时，AIST-SHANEL模型对河流生物降解性的敏感性显著降低。以C₁₂ AO为例，半衰期从360小时降至60小时仅使95百分位浓度降低51%，而从24小时降至7.88小时则使浓度降低68%。3.5节通过实测数据对比证实，采用实验测定值（C₁₂ AO：7.88小时；C₁₆-C₁₈ TEAQ：13.9小时）的预测准确性显著优于默认值（p<0.01），最大偏差从3.9 μg/L降至1.3 μg/L。

这项研究对环境风险管理具有三重重要意义：首先，首次系统证实易生物降解物质的实际半衰期（多数<24小时）远低于监管默认值，为REACH和CSCL等法规的细化提供了实验依据；其次，建立的"浓度-半衰期-模型预测"关联体系，为分级风险评估提供了科学框架，建议对默认值评估显示高风险的物质优先开展实验测定；最后，揭示的分子结构-降解性规律（如阳离子表面活性剂的链长效应）为绿色化学设计提供了指导原则。该成果不仅适用于日本多山快流河流环境，对东南亚等污水处理设施不足地区的化学物质管理也具有借鉴价值，未来可结合区域水文模型拓展应用。