低溫電漿降解微囊藻毒素機理及其生態安全性研究

《低溫電漿降解微囊藻毒素機理及其生態安全性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低溫電漿降解微囊藻毒素機理及其生態安全性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張宏
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

藍藻水華引起微囊藻毒素污染嚴重威脅人類飲用水安全。由於微囊藻毒素化學性質穩定，採用常規水處理方法，如：混凝沉澱、過濾加氧等技術均不能將其有效降解或去除。光催化降解、超濾、生物降解等方法也各具局限性，且缺乏生態安全性評價而未被廣泛使用。本實驗室前期研究發現放電電漿作用於生物體可以損傷或降解多肽分子。微囊藻毒素一類含有七個胺基酸的環肽，初步研究表明放電電漿能有效將其降解，並檢測到一些降解中間產物。低溫電漿處理產生大量自由基，推測自由基在毒素降解過程中起重要作用，但何種自由基如何起作用，中間產物形成途徑等問題尚不清楚，而放電處理藻毒素的方法以及各種環境條件對降解影響也尚未見報導。為此，本項目將仔細研究低溫等離子處理微囊藻毒素的降解動力學、降解途徑和機理，以及各種實際水體環境因子對降解效率的影響，並用秀麗隱桿線蟲對該方法生態安全性進行評價，從而為藍藻毒素污染治理提供新方法和套用基礎。

結題摘要

微囊藻毒素污染使人類飲用水安全遭受嚴重威脅。本項目開展低溫電漿降解微囊藻毒素的機理及其生態安全性進行研究，詳細研究微囊藻毒素降解動力學、水體環境因子對降解效率的影響和毒素降解機理，並對降解產物進行了生態安全性檢測。降解動力學研究顯示，低溫電漿降解微囊藻毒素的速率符合一級降解速率，並隨pH值的升高而降低，增加溶液中總氮和總磷的含量可以改變其降解速率。實際水體（藻類培養基，巢湖藻華發生時含有藍藻毒素的水體）中的降解速率明顯低於純水中的速率，併合理解釋了降解速率變化的原因。降解機理研究結果顯示，羥自由基在毒素降解過程中其主要作用。羥自由基通過在藍藻毒素分子中雙鍵位置加成，取代等反應使毒素分子發生羥化反應，進一步發生酮基化，脫羧化反應使毒素分子開環降解，最終降解成了小分子化合物。生態安全性檢測結果顯示微囊藻毒素的降解產物具有生態安全性。另外本項目還探索性研究了電漿對微囊藻細胞的的損傷和殺滅作用以及電漿發生時伴隨發射的紫外光在降解污染物中的作用。通過本項目的研究，為電漿水處理技術包括降解藍藻毒素在內的降解水體污染物提供了詳實的理論和實驗基礎。