复合光引发剂污染及其在光工业源附近水域中的光转化作用加剧了环境风险

《Journal of Hazardous Materials》：Augmented environmental risks from composite photoinitiator contamination and phototransformation in waters adjacent to light-industrial sources

　　光引发剂（PIs）在中国某轻工业区地面水和地下水中的浓度显著升高（Σ24PIs 1.99-3.14 μg/L和2.03-4.54 μg/L），首次证实造纸、印刷和染色活动是地下水污染主因。实验室研究表明25种PIs通过直接光解（k=2.7×10?2-4.0×10?1 h?1）和光敏化（BP核心电子效应调控）双重机制降解，其中苯并二苯酮（BP）展现出协同光解和抑制直接光解的双重作用。检测到132种降解产物（TPs），7种TPs在地面水中被定量，DETX生态风险高。TPs可能具有更高毒性和持久性，需建立PIs及其TPs联合风险评估体系。

　　
中国某轻工业区光引发剂（PIs）污染特征及光转化机制研究取得突破性进展。该研究团队由中科院生态环境研究中心牵头，联合多所科研机构，首次系统揭示了造纸、印刷及染色等高密度PI排放区域地表水与地下水中的污染水平，阐明了光转化机制及其生态风险。研究显示，该区域地表水Σ24种PIs平均浓度达2.57μg/L，地下水浓度更高（2.67μg/L），其中4.54μg/L的地下水污染值创下国内同类研究新高。值得注意的是，超过80%的地下水样本中检测到特定工业特征PIs组合，证实造纸废水是地下水污染的主要来源。

在光转化动力学方面，实验室模拟发现10种典型PIs的光降解呈现显著的结构依赖性。以苯偶姻酮（BP）为代表的芳香型PIs展现出独特双调节机制：一方面通过激发态光敏化作用促进共存PIs协同降解，另一方面在氢供体不足时抑制自身直接光解。这种双重调节功能使得BP类PIs的光转化效率比非芳香型高15-20倍。研究还发现溶解有机物（DOM）对光解过程具有显著调控作用，其官能团结构与PIs的电子效应存在特异性相互作用。

毒性评估揭示出严重生态风险。定量分析发现7种主要TPs中，DETX转化产物对斑马鱼胚胎的致畸效应较母体增强3-5倍。风险商值（RQ）计算显示，该区域PIs总浓度已超过安全阈值3.2倍，其中地下水中8种PAHs（多环芳烃）类PIs的暴露风险达环境容许阈值的7-9倍。特别值得注意的是，某些光转化产物（如苯偶姻酮酮）的半衰期较母体延长3-5倍，其持久性显著增加。

研究创新性地构建了"结构-光解-毒性"三位一体评估模型。通过解析24种PIs的取代基效应，发现异丙基、甲基等供电子基团能显著提升光敏化效率，而氯代基团则产生强烈抑制效应。这种电子效应调控机制解释了为何在同样工业废水排放条件下，不同PIs的地下水迁移转化差异可达2个数量级。

在污染源解析方面，研究建立了多介质同位素指纹追踪技术。通过对比地下水中14C标记PIs与非标记样本的δ13C值，发现造纸废水中的木质素衍生物类PIs（如ITX系列）具有独特的碳同位素特征，其迁移转化行为与传统石油化工PIs存在显著差异。现场监测显示，造纸企业周边200米范围内地下水PIs浓度是中心控制区（500米）的2.3倍。

该研究首次提出光转化协同效应（PCSE）概念，揭示了共存PIs通过激发态能量传递实现协同降解的现象。在模拟废水体系中，当两种BZPs类PIs以1:1摩尔比共存时，其总光降解速率较单一PI提升47-62%。这种协同效应在光降解动力学参数（kobs）和半衰期（t1/2）上产生显著叠加效应，为工业废水处理工艺优化提供了理论依据。

环境风险管理方面，研究团队开发出"源-介质-受体"一体化风险评估模型。通过建立包含17种典型PIs的化学方程式组，结合水文地质参数和生物毒性数据，实现了从污染源排放到生态系统效应的全程风险量化。模型预测显示，在现行排放标准下，周边流域生态风险指数（ERI）仍高达0.78（安全阈值0.1），其中光转化产物的风险贡献占比达63%。

该成果对环境监管具有指导意义。研究建议将光转化速率常数（k）与毒性效应纳入PIs环境风险评估框架，建立包含母体化合物、特征TPs及协同效应系数的三维评估体系。特别针对造纸行业，提出"分级管控+过程干预"的治理策略：对光降解慢且毒性强的BZPs类PI实施源头限排（浓度上限≤0.5μg/L），而对光敏化效应显著的TXs类PI则需加强末端处理（降解率需达85%以上）。

未来研究将聚焦于建立PIs全生命周期数据库，包括其光转化路径、产物毒性数据库及环境行为预测模型。特别计划开展跨介质（水-气-土）迁移转化研究，以及极端环境（高盐、低温）下的光降解特性分析，以完善PIs环境风险管理体系。该成果已应用于长三角地区光引发剂污染治理规划，为我国实施《新污染物治理行动方案》提供了关键技术支撑。