2023年3月20日，学院张金林教授团队在环境科学与生态学权威国际期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区TOP，2021年影响因子14.224）在线发表了题为“Hydroxylation of some emerging disinfection byproducts (DBPs) in water environment: Halogenation induced strong pH-dependency”的研究论文。该研究从分子水平揭示了卤代芳香类污染物的pH依赖性羟基化降解机制。我校植物保护学院农药学系青年才俊安泽秀副教授和农药学博士研究生杨冬臣为共同第一作者，我校张金林教授和山东大学何茂霞教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金（22276109、21777087、21876099和31471786）的资助。

卤代芳香类化合物是典型的消毒副产物，同时也是农药合成中的重要前体化合物，会随农药工业废水的排放进入到水环境中，破坏生态平衡、危害动物和人体健康。为有效去除水环境中的芳香类污染物，高级氧化技术（AOP）作为新兴的化学处理方法应运而生。在AOP中，pH是影响污染物去除效率的重要环境参数之一。该研究通过多种理论计算方法，为UV/H₂O₂工艺中氯酚和卤代吡啶酚的pH依赖性羟基化反应提供了热力学和动力学见解。此外，为进行生态风险评估，还探讨了不同取代基及反应前后对生态毒性和生物积累效应的影响。该项综合性研究揭示了卤素取代的强大作用，为在分子水平上理解可解离污染物的pH依赖性羟基化降解规律开辟了一条广阔的道路。

热力学结果表明，在HO^• 与37种不同解离形态的反应中，自由基加合物的形成（RAF）为主要反应路径，其反应活性随卤代数目的增加而降低。与氯酚相比，N取代降低了反应活性；与氯代吡啶酚相比，Br取代对反应活性影响不大。当中性分子解离为阴离子时，反应活性大大升高。

Fig. 2. Three hydroxylation reaction mechanisms of chlorophenols and halogenated pyridinols.

动力学结果表明，羟基化二级速率常数（k值）随pH值从0~10增大而增大，随pH值从10~14增大而减小。与苯酚相比，氯酚的氯代数目越大，k值的pH敏感性越大；与氯酚相比，N取代进一步增强了k值的pH敏感性。随着pH从2升高至10.5，降解效率先升高后降低，随着卤代数目的增加，降解效率范围增大，pH敏感性增强，最佳降解效率升高，最佳降解pH值降低。

Fig. 8. Effect of pH on the degradation efficiency of chlorophenols and halogenated pyridinols in UV/H₂O₂ process. Simulation conditions: T = 298 K, [each pollutant]₀ = 10 μM, [H₂O₂]₀ = 100 μM, [phosphate buffer]₀ = 20 μM and simulated time = 10 min.

生态风险评估结果表明，随着卤代数目逐渐增加，氯酚和卤代吡啶酚的急性毒性、慢性毒性和生物累积效应不断增强。大多数羟基化产物的生态毒性和生物累积效应低于其母体化合物，表明UV/H₂O₂工艺可有效降解卤代芳香类污染物并降低其对生态系统的毒性。但仍有少数毒性更高的产物，如对苯二酚类化合物，需要更进一步的氧化和降解。

Fig. 9. LC₅₀/EC₅₀/ChV/BCF of chlorophenols and halogenated pyridinols to aquatic organisms.

张金林教授团队自2006年开始从事环境中农药等有机污染物治理相关研究工作，在国家自然科学基金项目（31471786）资助下，取得了一系列创新性研究成果。安泽秀是我校2022年引进人才，校聘副教授。2022年毕业于山东大学环境研究院，获山东省优秀毕业生荣誉称号。主要从事环境中农药等有机污染物的高级氧化降解机制研究。目前以第一作者身份在环境生态学领域权威期刊（Chemical Engineering Journal、Water Research、Journal of Hazardous Material等）发表SCI收录论文7篇，积累了丰富的研究经验。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131233