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近年来，在地表水、地下水以及饮用水中频繁检测出四环素类（Tetracyclines，TCs）抗生素（浓度通常在ng/L到μg/L之间），消除或减轻抗生素微污染是环境工作者迫切需要关注的问题。四环素（Tetracycline,TC）作为TCs中最普遍和使用最广泛的一类抗生素，在水体中并不稳定且极易发生异构化，生成半衰期较长且仍具有生物毒性的差相异构体4-差向四环素（4-epi-tetracycline,ETC），因此，为了降低水体中TC异构化所带来的环境生态风险，开发同时针对母体药物及异构体产物的水处理技术十分必要。本研究选取具有立体选择性的天然高分子物质壳聚糖作为环境功能材料，考察了其对TC及ETC的吸附特征，并对壳聚糖进行金属衍生化改性，研究了其与四环素及其差相异构体的结合及催化转化作用，以实现对TC和ETC的高效吸附并将其原位转化为低毒产物。主要研究成果如下：
（1）考察普通壳聚糖对TC和ETC的吸附作用及TC与ETC在水体中的转化。研究结果表明，溶液pH为6~9时，普通壳聚糖对ETC的吸附效果优于TC，但两者间的差距随时间增长而缩小。0.3g普通壳聚糖对TC及ETC（1×10-6mol/L）去除率分别可达71.43%和77.38%。通过傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）及三维荧光光谱（EEM）等表征方法，揭示了普通壳聚糖质子化吸附过程，阐明了ETC表面电荷更容易迁移到壳聚糖表面。
（2）利用Fe2+与壳聚糖结构中氨基及羟基基团良好的螯合性能，对普通壳聚糖进行金属衍生化改性，制备了壳聚糖-铁吸附剂用于去除水体中TC及ETC，以进一步强化壳聚糖对TC及ETC的吸附。吸附剂质量、溶液pH、吸附动力学及等温线等特性的考察表明：壳聚糖-铁配合物（CS-Fe）对ETC的吸附效果优于TC，CS-Fe对TC及ETC（1×10-6mol/L）去除率达95%以上，最大吸附容量为35.13mg/g（TC）和35.60mg/g（ETC），CS-Fe对TC和ETC的吸附主要是通过Fe(Ⅱ)与四环素氨基基团的配位作用实现。
（3）考察TC及ETC在CS-Fe表面吸附过程中产生原位转化情况，分析了可能的转化机理，并分析模拟自然环境下药物及原位转化产物对莱茵衣藻的毒性效应。原位转化过程中，TC检测到4个降解产物，ETC检测到6个降解产物。TC和ETC母体药物对莱茵衣藻的毒性效应表现出明显的异构体差异，且在相同暴露浓度下，毒性大小显示为TC>ETC。在1×10-5mol/L TC、ETC、TC降解产物和ETC降解产物胁迫72h后，莱茵衣藻生长抑制率分别为56.37%、24.94%、20.23%和9.14%，降解产物对莱茵衣藻的生长抑制效应明显减弱。另外，降解产物对莱茵衣藻叶绿素a和可溶性蛋白含量的负面影响也明显减弱甚至消失，抗氧化系统防御水平也降至正常水平。因此，认为CS-Fe高效吸附并对水体中四环素及其差相异构体进行原位转化是一种环境友好型处理技术。
（1）考察普通壳聚糖对TC和ETC的吸附作用及TC与ETC在水体中的转化。研究结果表明，溶液pH为6~9时，普通壳聚糖对ETC的吸附效果优于TC，但两者间的差距随时间增长而缩小。0.3g普通壳聚糖对TC及ETC（1×10-6mol/L）去除率分别可达71.43%和77.38%。通过傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）及三维荧光光谱（EEM）等表征方法，揭示了普通壳聚糖质子化吸附过程，阐明了ETC表面电荷更容易迁移到壳聚糖表面。
（2）利用Fe2+与壳聚糖结构中氨基及羟基基团良好的螯合性能，对普通壳聚糖进行金属衍生化改性，制备了壳聚糖-铁吸附剂用于去除水体中TC及ETC，以进一步强化壳聚糖对TC及ETC的吸附。吸附剂质量、溶液pH、吸附动力学及等温线等特性的考察表明：壳聚糖-铁配合物（CS-Fe）对ETC的吸附效果优于TC，CS-Fe对TC及ETC（1×10-6mol/L）去除率达95%以上，最大吸附容量为35.13mg/g（TC）和35.60mg/g（ETC），CS-Fe对TC和ETC的吸附主要是通过Fe(Ⅱ)与四环素氨基基团的配位作用实现。
（3）考察TC及ETC在CS-Fe表面吸附过程中产生原位转化情况，分析了可能的转化机理，并分析模拟自然环境下药物及原位转化产物对莱茵衣藻的毒性效应。原位转化过程中，TC检测到4个降解产物，ETC检测到6个降解产物。TC和ETC母体药物对莱茵衣藻的毒性效应表现出明显的异构体差异，且在相同暴露浓度下，毒性大小显示为TC>ETC。在1×10-5mol/L TC、ETC、TC降解产物和ETC降解产物胁迫72h后，莱茵衣藻生长抑制率分别为56.37%、24.94%、20.23%和9.14%，降解产物对莱茵衣藻的生长抑制效应明显减弱。另外，降解产物对莱茵衣藻叶绿素a和可溶性蛋白含量的负面影响也明显减弱甚至消失，抗氧化系统防御水平也降至正常水平。因此，认为CS-Fe高效吸附并对水体中四环素及其差相异构体进行原位转化是一种环境友好型处理技术。