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离子液体（Ionic Liquids,ILs）是一类由有机阳离子和无机阴离子组成的在室温或低于100℃下为离子状态的熔融盐,近年来,咪唑离子液体（Imidazolium Ionic Liquid,Imi ILs）和吡啶离子液体（Pyridinium Ionic Liquid,Pyr ILs）因其优异的性能而受到大量研究及应用。人工甜味剂安赛蜜（Acesulfame potassium,AK）因其光、热稳定性好、p H适应范围广（3～7）且价格适宜而被广泛用于低热量食物等行业中,已有大量研究报道称在污水处理工艺的最终排污口检测到了AK。近年来,大量研究报道了Imi ILs与Pyr ILs以及AK对水生动植物具有一定毒性,而且Imi ILs与Pyr ILs以及AK的生物降解性较低,可能会成为潜在的新兴污染物,如果通过人类活动直接或间接排放至自然水体中,将会对生态造成一定威胁。理论上,有机物进入自然水体中后将经历吸附（水中颗粒物、污泥）、生物降解、光化学降解等过程。但由于Imi ILs与Pyr ILs以及AK的生物降解性低且对微生物具有一定毒害作用,且它们具有较好的亲水性,因此光化学降解过程成为它们主要的转化途径,因为它可以通过光生瞬态活性物质,使原本不发生降解的有机物发生间接降解。因此,研究Imi ILs与Pyr ILs以及AK的水相光化学转化过程对于了解它们在自然水体中的转化和归趋至关重要,可为其生态风险评估和无害化处理及设计提供理论依据。本文光化学过程是指有自然地表水中常见的活性氧物质(·OH、CO3·–、~3CDOM*（三线态溶解有机质）、~1O2)参与的间接光解过程。首先,利用实验获得Imi ILs与Pyr ILs以及AK分别与活性瞬态物质反应的二级速率系数,通过Apex光化学模型可预测它们在天然水体中的寿命及归趋。然后,通过液质联用（LC-MSMS）及核磁共振氢谱（~1H-NMR）获得反应过程中的产物,通过产物推导反应路径与机理。最后,利用美国环保局Ecosar软件模拟预测Imi ILs与Pyr ILs以及AK和它们产物的生物降解性与毒性。本论文的主要内容和结论如下:（1）Imi ILs的光化学降解首先,通过竞争动力学法测得六种具有不同配对阴离子与烷基链长度的Imi ILs与·OH、CO3·–、~3CDOM*、~1O2反应的二级速率系数范围分别为（1.13～5.45）×10~9、（2.17～11.2）×10~9、（1.85～36.1）×10~9及（1.81～23.3）×10~6 M–1 s–1,而通过激光闪光光解-瞬态吸收光谱法测得的Imi ILs与CO3·–的速率系数则为（1.21～6.22）×10~6 M–1 s–1。两种方法测得的CO3·–速率系数相差两个数量级,表明参比法测CO3·–速率系数会存在·OH反应的干扰,因此Apex中CO3·–的速率系数采用激光法的。随着烷基链长度的增加,·OH、CO3·–及~1O2的速率系数亦增加,而阴离子对速率影响的趋势不明显。其次,Apex光化学模拟结果表明,Imi ILs降解的主要贡献者为~3CDOM*和·OH,其次是CO3·–,而~1O2的贡献很小。Imi ILs最大半衰期可达6～70天(k3CDOM*=k3AQ2S*),一定条件下甚至高达75～670天(k3CDOM*=0.05 k3AQ2S*),半衰期从大到小依次为C4-BF4＞C4-Cl＞C10-Cl＞C4-PF6＞C8-Cl＞C6-Cl。随后,由LC-MSMS与~1H-NMR结果推导出Imi ILs的反应机制为氢抽提。以C4咪唑阳离子为例,它与·OH反应产生了五种烷基链上脱氢、加氧的产物（m/z 155.12,m/z 153.10,m/z 137.11,m/z 139.09,m/z 171.11）。C4咪唑阳离子与~3AQ2S*反应不仅生成了上述加氧产物（m/z 155.12）,还产生了环上双键的二羟基加成产物（m/z 171.12）。最后,Ecosar预测结果表明,尽管产物的毒性比反应物毒性有所降低,但Imi ILs（以C4-Cl为模型）及其产物对鱼类、水蚤、绿藻和糠虾仍具有急性和慢性毒性。而且除了产物m/z 139.09,其余产物和Imi ILs本身以及可能的脱烷基产物,均具有较低的生物可降解性。上述结果表明Imi ILs对水体环境具有一定威胁,因此在大规模工业化应用之前需要谨慎考虑。（2）Pyr ILs的光化学降解竞争动力学法测得四种具有不同烷基链长度及环上是否甲基取代的Pyr ILs与·OH、CO3·–、~3CDOM*、~1O2反应的二级速率系数范围分别为（2.75～16.2）×10~8、（1.31～3.49）×10~7、（2.46～8.30）×10~9及（1.28～2.96）×10~6 M–1 s–1。激光法测得的Pyr ILs与CO3·–的速率系数与竞争动力学法数值相近,为（0.96～3.25）×10~7 M–1 s–1。随着吡啶环上碳链长度的增加,·OH及~3CDOM*的速率系数亦呈现增加趋势,而CO3·–及~1O2的速率系数无明显趋势,吡啶环上3号位甲基的引入也有利于·OH、CO3·–及~3CDOM*速率系数的增加。其次,Apex光化学模型模拟结果表明,使得Pyr ILs降解的主要贡献者为~3CDOM*和CO3·–,其次是·OH,而~1O2的贡献较小。Pyr ILs最大半衰期可达18～55天(k3CDOM*=k3AQ2S*),一定条件下甚至高达210～600天(k3CDOM*=0.05 k3AQ2S*),半衰期从大到小排序依次为NB-Pyr+＞NHe-Pyr+＞NDo-Pyr+＞NB3M-Pyr+。随后,LC-MSMS与~1H-NMR结果表明NB-Pyr+和NB3M-Pyr+与·OH主要是通过氢抽提机制进行反应,生成烷基自由基、过氧自由基中间物,随后生成脱氢产物（P134、P148）、羟基化产物（P152、P166s）以及与·OH进一步氧化的产物。最后,Ecosar预测结果表明,NB-Pyr+可能对鱼类、水蚤、绿藻和糠虾具有急性和慢性毒性,NB-Pyr+的产物P150A和P150B比其本身具有更高的毒性。与NB-Pry+相比,NB3M-Pyr+对生物体的急性和慢性毒性更高,NB3M-Pyr+的产物P178、P164A和P164B也比其本身具有更高的毒性。因此,工业应用前应充分考虑它们对天然水体环境的潜在风险。（3）AK的模拟太阳光降解AK的模拟太阳光降解结果表明,酸性条件比碱性条件更有利于AK的光解,常见的无机阳离子和阴离子也能在一定程度上提高AK的准一级速率系数。自由基清除实验表明AK光解的主要贡献者是其三线态（~3AK*）,AK在没有自由基源的存在下依然具有良好的光解性能也能证明这一结果。动力学实验表明AK与·OH,CO3·–,~3AQ2S*以及~1O2反应的二级速率系数分别为2.97×10~9 M-1 s-1、2.82×10~8 M-1 s-1、1.15×10~9 M-1 s-1和2.94×10~6 M-1 s-1。Apex模拟结果表明,降解AK的贡献者主要为CO3·–、~3DOM*以及·OH,而~1O2对AK的降解几乎没有贡献,AK的最大半衰期为0.012～28.5天（以水深和DOC为变量）。LC-MSMS结果表明,AK在模拟太阳光降解过程中产生了水加成产物m/z 179.99A（[C4H6NO5S]–）和异构化产物m/z 161.99A/B（[C4H4NO4S]–）,而在AK与·OH反应过程中检测到了另外三种产物:水加成产物的异构体m/z 179.99A/B（[C4H6NO5S]–）、失去-N-C=O-基团的开环产物m/z 136.99（[C3H5O4S]–）以及失去-C=O-CH=C（-CH3）-基团的开环产物m/z 95.98（[H2NO3S]–）。上述结果说明AK的直接光降解只发生水解和异构化反应,而与·OH反应时,会发生加成反应与两种不同方式的开环裂解反应。Ecosar预测结果表明,AK产物的毒性比AK本身的毒性更大,并且不容易被生物降解。该研究对AK的生态风险评估具有重要意义。