近日，美国化学学会（ACS）旗下Environmental Science and Technology（简称ES&T）公布了ES&T2023年度30篇“最佳论文”名单。ES&T期刊2023年度最佳论文是该期刊经ES&T编委评选委员会从2023年出版的约1600篇论文中严格遴选后评出。获奖论文分环境科学、环境技术、环境政策、综述、观点等类别。环境水质学国家重点实验室刘刚研究员研究论文“Assessing the Mass Concentration of Microplastics and Nanoplastics in Wastewater Treatment Plants by Pyrolysis Gas Chromatography–Mass Spectrometry”（高被引）、董慧峪研究员论文“Unravelling High-Molecular-Weight DBP Toxicity Drivers in Chlorinated and Chloraminated Drinking Water: Effect-Directed Analysis of Molecular Weight Fractions”分别荣获ES&T 2023年度环境科学领域最佳论文奖。
污水处理厂中，微塑料（MPs）水平通常通过颗粒数量进行评估，但是微塑料（尤其纳米塑料，NPs）的质量浓度仍不清楚。刘刚研究员团队建立了基于热裂解气相色谱-质谱法测定水环境微纳塑料质量浓度的方法，对比了两个污水处理厂中不同粒径（0.01–1、1–50 和 50–1000 μm）微塑料和纳米塑料的质量浓度变化。研究发现，MPs的质量浓度从进水中的 26.23 降至1.75 μg/L，NPs的质量浓度从 11.28 μg/L降至0.71 μg/L，去除率分别达到 93.3% 和 93.7%，其中纳米塑料（0.01–1 μm）占比5.6–19.5%，其去除率低于微塑料（>1 μm）；基于全年污水排放量估算，每年约有 0.321 吨微塑料、0.052 吨纳米塑料排放至河流中。该研究分析了污水中粒径范围0.01–1000 μm 的微塑料和纳米塑料的质量浓度，为了解污水处理厂中微纳塑料的污染与排放水平、及其分布特征提供了宝贵的信息。
图1污水处理厂全流程微纳塑料质量浓度监测
当前饮用水中消毒后生成的消毒副产物（DBPs）仍有近50%处于未知状态，且常规质谱识别未知DBPs方法难以明确识别出DBPs的毒性贡献。基于此，董慧峪研究员与美国南卡罗来那大学Susan D. Richardson教授、美国伊利诺伊大学香槟分校Michael J. Plewa教授、美国国家强磁场实验室Chad R. Weisbrod博士、Amy M. McKenna博士等采用“高致毒组分识别+物化特征解析”的研究思路（图2），解析了氯、氯胺消毒后饮用水中大分子DBPs（>C2）的不同分子量组分的细胞毒性与物化特征：发现在分子量<1 kD、1-3 kD、3-5 kD和>5 kD的组分中，<1 kD组分具有最高的细胞毒性和遗传毒性；采用全球分辨率最高的21T FT-ICR质谱（美国国家强磁场实验室）解析了<1 kD组分未知大分子DBPs的分子组成，共识别出3599个未知Cl-DBPs；随着识别出大分子DBPs中氯原子数增加，O/C呈上升趋势，芳香指数则呈下降趋势；此外，还明确了氯胺消毒中未知大分子DBPs是消毒后生成的总有机卤素的主要组成，由于氯胺的“缓释效应”，氯胺消毒后的水中识别出更多未知大分子Cl-DBPs。上述结果将毒性评估与未知DBPs识别相结合，为了解饮用水氯、氯胺消毒后生成的高毒性组分与物化特征提供了新见解。
图2 毒性导向的饮用水中未知消毒副产物识别
ES&T2023年最佳论文奖链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c12812
论文1链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c07810
论文2链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c00771
环境水质学国家重点实验室
2024年12月19日