氨基酸的氯化消毒副產(chǎn)物生成勢及途徑.pdf

1、飲用水安全性問題一直受到人們的廣泛關(guān)注，是國際國內(nèi)的研究熱點。飲用水的生物安全性主要依靠消毒工藝來保證，而氯化消毒技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的消毒技術(shù)。但是氯化消毒過程中可能會產(chǎn)生對人體有危害的消毒副產(chǎn)物（DBPs），為提高飲用水的安全性，對飲用水中DBPs形成和控制的研究顯得尤為重要。本文通過實驗和理論推導(dǎo)對典型含氮有機物氨基酸（AA）在氯化過程中形成DBPs的生成勢、影響因素和生成途徑進(jìn)行了研究。
　　為了考察氨基酸氯化反應(yīng)過程中

2、DBPs的生成勢大小，本文選取20種基本氨基酸進(jìn)行氯化消毒實驗，并以氣相色譜對各DBPs的產(chǎn)量進(jìn)行分析。實驗結(jié)果表明，以色氨酸（Trp）、天冬氨酸（Asp）和天冬酰胺（Asn）分別具有最強的三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）和鹵乙腈（HANs）的生成能力。酪氨酸（Tyr）、組氨酸（His）、天冬酰胺（Asn）、苯丙氨酸（Phe）、蘇氨酸（Thr）和Asp依次具有較大的THMs生成勢；組氨酸（His）、Trp、Asn、Tyr、脯氨酸

3、（Pro）、Phe和Thr依次具有較大的HAAs生成勢；Tyr、谷氨酰胺（Gln）、谷氨酸（Glu）、His、Trp、Phe和Pro也依次具有相對較大的HANs生成勢。實驗結(jié)果還表明，各氨基酸的耗氯能力大小也是不同的，通過N,N-二乙基對苯二胺-硫酸亞鐵銨分光光度法對各氨基酸氯化實驗的余氯進(jìn)行檢測，與初始投氯量進(jìn)行差值計算得知，側(cè)鏈上具有芳香性環(huán)狀結(jié)構(gòu)的AA的耗氯量較大，含有羥基，巰基和氨基官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的AA也有較大的耗氯量，這些官能團(tuán)基

4、本都是具有給電子特性的官能團(tuán)。
　　鑒于各氨基酸生成DBPs的不同生成勢，為進(jìn)一步明確各氨基酸不同結(jié)構(gòu)在DBPs形成過程中的作用，分類選取六個典型具代表性的氨基酸進(jìn)行氯化過程的研究。它們分別是側(cè)鏈具有烷基結(jié)構(gòu)的丙氨酸（Ala）、側(cè)鏈具有羥基官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的Tyr、側(cè)鏈具有酰胺結(jié)構(gòu)的Asn、側(cè)鏈具有羧基結(jié)構(gòu)的Asp、側(cè)鏈具有吲哚雜環(huán)結(jié)構(gòu)的Trp和具有咪唑雜環(huán)結(jié)構(gòu)的His。對它們在氯化反應(yīng)過程中的反應(yīng)時間、有效氯濃度、pH值、溫度、溴離子

5、等影響因素對形成 DBPs的影響作用進(jìn)行了考察。結(jié)果顯示，THMs和HAAs的產(chǎn)量都是隨著時間的增加而增加的，HANs的產(chǎn)量隨著反應(yīng)時間的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，溫度、pH值和有效氯濃度對DBPs的形成也有較大的影響，由于各氨基酸生成DBPs的機理不同，它們的產(chǎn)量隨著溫度、pH值和有效氯濃度的不同也表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。在溴離子存在情況下，生成溴代和溴氯混合取代產(chǎn)物，DBPs的總產(chǎn)量也會有所提高。
　　經(jīng)過實驗及化學(xué)推導(dǎo)分析得

6、知，Ala氯化過程中生成的N-氯代Ala分解生成乙醛，乙醛再氯代生成二氯乙醛和三氯乙醛，再經(jīng)過氧化即可生成二氯乙酸（DCAA）和三氯乙酸（TCAA）；Tyr氯化過程中會生成三氯苯酚，而三氯苯酚氯化則生成TCM，Ala也是Tyr氯化過程中的中間產(chǎn)物，所以經(jīng)由Ala而生成TCM也是Tyr氯化生成TCM的途徑之一；Asn氯化過程中生成三氯乙醛經(jīng)過親核加成反應(yīng)可以形成 TCM，而且 Asn氯化過程中生成的二氯乙腈（DCAN）水解也可以生成TCM

7、；Asn氯化過程中氯代生成的N-二氯代Asn分解會生成亞胺中間體，可以進(jìn)一步形成氰基氯胺，再經(jīng)過取代加成能夠得到DCAN，而且由于Asn氯化過程中可以生成二氯乙醛，其側(cè)鏈的酰胺基團(tuán)結(jié)構(gòu)氯化又可以生成氯胺，氯胺和二氯乙醛反應(yīng)即可生成 DCAN；Asn氯化過程生成的DCAN的水解可以產(chǎn)生DCAA，而且Asn氯化過程中還可以形成β-二羰基酸的結(jié)構(gòu)，它可以進(jìn)一步反應(yīng)生成DCAA；Asp氯化過程中生成三氯乙醛經(jīng)過親核加成反應(yīng)也可以生成TCM, D