高溴联苯醚转化产物的鉴定及污染特征初步研究

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多溴联苯醚(PBDEs,polybrominated diphenyl ethers)具有优异的阻燃性能,被广泛添加于家用电器、塑料、纺织品和电脑产品等。目前五溴联苯醚(Penta-BDEs)、八溴联苯醚(Octa-BDEs)已被禁用,但十溴联苯醚(BDE-209)仍在大量生产和使用。PBDEs在世界范围内不同类型环境介质和生物体内广泛存在。大量研究表明,PBDEs在环境过程中和生物体内可通过非生物/生物作用发生转化反应,其中主要包含还原脱溴和氧化代谢两种途径。另外,在热处理或燃烧等热过程中,溴代阻燃剂也会与含氯化合物(如PVC)发生溴氯置换过程而生成溴氯混合化合物等新型产物。本论文在成功鉴定三种九溴—氯联苯醚(Cl-nonaBDEs)标准物质的基础上,研究了高溴联苯醚及其溴氯混合转化产物在广州室内/外大气颗粒物样品和清远电子垃圾处理区土壤样品中的存在状况(含量水平、空间分布),探讨了高溴PBDEs在环境介质中可能的溴氯置换转化机制。研究结果表明:  (1)BDE-209可以在环境介质中形成溴氯联苯醚化合物。通过标样合成以及气质色谱分析,确定了环境中三个Cl-nonaBDEs同分异构体化合物,分别为对位4-Cl-BDE-208、间位5-Cl-BDE-207和邻位6-Cl-BDE-206。除此之外,还会产生如八溴—氯联苯醚(Cl-octaBDEs)、八溴二氯联苯醚(Cl2-octaBDEs)和七溴—氯联苯醚(Cl-heptaBDEs)等其他溴氯混合联苯醚。  (2)广州室内大气颗粒物中含有较高浓度水平的高溴PBDEs(八溴到十溴)及Cl-nonaBDEs,其平均含量范围分别为368.5-12881.2 pg/m3和19.1-344.9 pg/m3。在含有较多电子电器设备的办公室室内环境中,高溴PBDEs和Cl-nonaBDEs的含量最高,比公共室内和家庭室内环境分别高出1和2个数量级。BDE-209是室内大气颗粒物中最主要的高溴PBDEs同系物,而对位4-Cl-BDE-208/间位5-Cl-BDE-207则为最主要的Cl-nonaBDEs同系物单体。BDE-209在室内环境中以脱溴生成九、八溴联苯醚为主,兼有溴氯置换反应发生。室内环境中电器和沙发椅的数量与高溴PBDEs的含量呈现显著相关性。  (3)广州室外大气颗粒物样品中高溴PBDEs平均含量(20562.0 pg/m3)高于所有室内环境,而Cl-nonaBDEs的平均含量(393.7 pg/m3)则与其在办公室内(344.9 pg/m3)的浓度相当,但却高于公共室内(124.2 pg/m3)和家庭环境(19.1pg/m3)。室外人气颗粒物巾高溴PBDEs和Cl-nonaBDEs的同系物组成与室内环境一致,以BDE-209和对位4-Cl-BDE-208/间位5-Cl-BDE-207为主。室外大气颗粒物样品中高溴PBDEs和Cl-nonaBDEs对室内样品的浓度有一定影响。受到大气混合高度、风向、温度等气象条件影响,BDE-209在室外比在室内更不容易发生转化。  (4)广东清远市电子垃圾处理区域的土壤样品中,高溴PBDEs和Cl-nonaBDEs的平均含量由高到低为焚烧场地>拆解场地>排污场地>酸洗场地≈垃圾堆放地。其中,焚烧场地和拆解场地高溴PBDEs的平均含量分别高达6745.3ng/g和5372.6 ng/g,Cl-nonaBDEs的平均含量也分别为147.9 ng/g和26.9 ng/g,均比其他污染场地的含量高出1-2个数量级,暗示电子垃圾焚烧和粗放式拆解过程是当地土壤中高溴PBDEs及Cl-nonaBDEs的重要来源。Cl-nonaBDEs和高溴PBDEs之间较好的相关性,也表明这两个化合物有相同的来源和存在可能的转化关系。Cl-nonaBDEs和Cl/Br-PAHs(氯代/溴代多环芳烃)也表现出良好的相关性,可能暗示着Cl-nonaBDEs的形成过程与Cl/Br-PAHs有相似之处。同时,DP的转化产物与其原型化合物的比值DP-Cl/DP(双(六氯环戊二烯)环辛烷)和(Cl-nonaBDEs+Nona-BDEs+Octa-BDEs)/BDE-209有良好的相关性,表明电子垃圾焚烧和拆解区域土壤中高溴PBDEs和DP的转化可能有相同的作用机制。高溴PBDEs在焚烧和拆解区域更易发生转化,生成低卤代或者溴氯混合化合物。  (5)大气颗粒物和土壤两种介质中,高溴PBDEs在生成Cl-nonaBDEs过程中所受的外力作用不一样,导致了Cl-nonaBDEs同系物单体的组成比例不同。其中,大气颗粒物中的高溴PBDEs在光降解以及温和加热条件下会选择性脱溴生成Nona-BDEs,本研究以间位BDE-207为主;而土壤样品中的高溴PBDEs在剧烈的热解过程中,选择性脱溴则不明显,生成三个Nona-BDEs的同分异构体比例基本一致。
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