抗生素是世界上使用最广泛的药物之一。由于被大量而频繁地使用,以及自身的水溶性、稳定性、难挥发等特点,导致抗生素源源不断地进入环境并呈现一种持久存在的状态。由于其影响表面水体及污水处理厂中的微生物群落,危及水生生态平衡,并且促使细菌耐药性的出现,因而日益成为一类新型的环境污染物受到全世界的关注。磺胺类抗生素是人类和动物最常用的抗生素,其生产和使用量非常庞大,且处于持续增加的状态,环境影响状况不容乐观,其在环境中的存在、迁移、转化、去除、及其环境效应成为抗生素研究中的重要课题。光化学降解是环境中磺胺抗生素降解的主要途径之一。磺胺分子结构及环境条件是影响磺胺光降解的主要因素,天然水体中的诸多成分皆可能影响其光降解效率。同时光降解过程中产生的次级产物也可能对水体产生二次毒性;当前的市政生活污水是抗生素最主要的汇集源,但传统的废水处理方法难以对抗生素进行处理,探求高效处理水中抗生素的技术方法,也是国内外学术界的重要任务。目前关于磺胺类抗生素的光降解已有大量研究,并取得了系列重要研究进展。然而,在磺胺光降解的研究中关于环境组分对不同形态的磺胺的光降解的影响、磺胺结构与稳定性的关系、光降解过程的毒性变化及磺胺的光降解技术等方面的研究还不够清楚和不够系统。据此,本文研究工作共分四个部分:第一部分,选取典型磺胺类抗生素,分析在有氧及缺氧条件下不同存在形态的磺胺的光降解行为以及在实际水体中的降解情况,进一步阐释环境中磺胺的光降解规律;第二部分,探索高级氧化技术对磺胺抗生素降解的可行性;第三部分,探讨磺胺在光降解过程中的环境毒性;第四部分,通过量子化学计算,分析不同结构的磺胺的稳定性及反应活性,预测其光降解反应的难易。主要研究结论如下:1.典型磺胺抗生素的光降解研究以磺胺甲恶唑（SMX）和磺胺二甲基嘧啶（SMT）分别为含五元环取代基磺胺和含六元环取代基磺胺的典型代表,运用实验方法重点探讨了溶解氧和氯离子对不同存在形态的SMX和SMT的光降解的影响。在此基础上,考察了污水、海水、江水、湖水、自来水等实际水样中SMT的光降解效率,由此分析实际水样中各组分对SMT光降解的复合作用。实验结果表明,相同条件下,SMX比SMT光降解速率快得多,这与SMX和SMT分子中取代基结构不同有关;缺氧条件下,SMX在中性分子态时降解速率最大,阴离子状态下反应速率最小;溶解氧对中性分子形态的SMX的光解具有较大的促进作用;光照过程中,产生了¹O₂、O₂·ˉ和·OH等ROS,其中以·OH为主要组分,·OH的强氧化性进一步促进了SMX的降解。与SMX相反,溶解氧对三种形态的SMT的降解都起着抑制作用;缺氧条件下,离子形态的SMT降解率高于中性分子态,说明缺氧条件下SMT降解主要来自吸收光子后的SMT激发态分子的直接降解;有氧光照时,SMT的自敏化现象明显,其中¹O₂为主要活性物种,其在光降解中对SMT的三重态起猝灭作用,抑制了SMT的降解。Clˉ对中性分子形态的SMX的光降解基本无影响,对阴离子态的SMX有抑制作用,高浓度的Clˉ对各种形态的SMT都有促进作用。不同水介质中的SMT降解率都大于纯水中的降解,其大小顺序为:污水>海水>鉴湖水>长江水>自来水>纯水。此实验结果为不同介质中各组分对SMT光降解的复合作用结果。2.高级氧化技术对磺胺二甲基嘧啶的降解研究探讨了太阳光电Fenton体系及零价铁光降解体系（UV-Vis/Fe（0）/H₂O₂体系）对SMT的降解规律,优化了最佳降解条件。太阳光电Fenton体系中利用了太阳光,讨论了pH值、外加电压及Fe（III）用量对SMT处理效果的影响;UV-Vis/Fe（0）/H₂O₂体系中讨论了光强、曝气、铁屑种类及浓度、过氧化氢及SMT初始浓度对降解的影响。结果表明,相同条件下,太阳光电Fenton技术相较于太阳光Fenton及电Fenton来说,对磺胺二甲基嘧啶的降解率可从19.1%提高到74.5%,太阳光电Fenton体系产生的·OH与SMT的降解率成正相关,太阳光电Fenton体系中光、电作用产生的协同机制促进了·OH的产生。在本实验条件下,光电Fenton技术对1 L 10 mg·L^-1SMT的最佳降解条件为:溶液中Fe²⁺浓度为25 mg·L^-1,pH=3.0,外加电压E=3V。UV-Vis/Fe（0）/H₂O₂体系对磺胺的去除效果非常显著,优化条件下可以达到完全去除。对1.0 mg·L^-1SMT去除最有利的条件为:曝气情况下,pH=3.0、过氧化氢浓度为5.0 mg·L^-1、铸铁屑浓度为0.1 mg·L^-1。3.磺胺类抗生素光致毒性研究采用水质急性毒性测试方法,研究了不同条件下SMX及SMT在光降解过程中的藻类毒性及发光细菌毒性,光致藻类毒性以钝顶螺旋藻（S₂）、极大螺旋藻（S₃）、普通小球藻为试验对象,发光细菌毒性测试以明亮发光杆菌T3变种为试验对象。藻类毒性实验结果表明,溶解氧对藻类的毒性有很大影响,同样条件下,随受试藻种的不同,毒性呈现极大差异。对普通小球藻而言,无论在有氧还是缺氧条件下,SMX及SMT光降解对其生长抑制率不超过6%,大部分时刻光降解液对小球藻起助生长作用。对S₂而言,有氧及缺氧条件下SMX原药对S₂的抑制率都较低,而降解过程中,呈现出较大的生长抑制性,在10 min和30⁴0min的降解时刻,SMX的降解产物对S₂的生长抑制率可达到30%⁴0%,SMX有氧条件下光降解毒性略大于缺氧条件;有氧和缺氧条件下SMT原药对S₂的抑制率都接近20%。对S₃而言,缺氧条件下的SMX光降解产物对S₃生长的抑制比有氧条件下的SMX光降解产物对S₃生长的抑制作用显著增强,缺氧条件下SMX在40min光照时刻,对S₃生长抑制率接近100%,呈现出非常大的毒性;SMT在有氧和缺氧条件下光降解过程中对S₃的抑制性趋势几乎一致,光照约4小时后对S₃抑制作用降低。发光细菌毒性实验结果表明,光源及溶解氧对磺胺光降解过程中的发光细菌毒性影响较大。就SMX而言,缺氧条件下,卤灯与紫外光降解液对发光细菌毒性影响呈现相似的变化规律,随着光照时间的增加,发光细菌毒性逐渐降低;在有氧条件下,部分时刻发光细菌毒性略有增强,但相较SMX原药,降解过程中的毒性增加并不显著。缺氧条件下光降解液对发光细菌毒性表现平稳,但有氧条件下,在给定的光照时间范围,卤灯与紫外灯光降解液对明亮发光杆菌的致死率从约10%分别增加到45%、56%。4.磺胺类抗生素结构与反应活性分析根据密度泛函理论,采用MPW1K方法在MPW1K/6-311G（d,p）水平上分别对五种含五元环取代基的磺胺及五种含六元环取代基的磺胺的硬度、软度、亲电性、电负性、前线轨道能等分子反应性指标进行计算,根据活化能指数AEI、稳定指数f_H/L等指标判定其稳定性强弱;并以SMX为含五元环取代基的磺胺代表物,以SMT为含六元环取代基的磺胺代表物,计算了在不同质子化形态下磺胺反应活性的差异;进而通过计算SMX的局域软度和Fukui函数,预测光反应中羟基自由基的进攻位置。结果表明:五种含五元环磺胺的化学稳定性由由强到弱的顺序为磺胺噻唑（STZ）、磺胺甲基硫代二嗪（SMZ）、磺胺二甲异恶唑（SXZ）、磺胺二甲异嘧啶（SFX）、磺胺甲恶唑（SMX）;五种六元环取代基磺胺中磺胺嘧啶（SFD）及磺胺氯哒嗪（SCD）的稳定性较高。SMX的阴离子态稳定性最好,中性分子态稳定性最差;SMT在阴离子形态下最不稳定,而在阳离子状态下最稳定。羟基自由基攻击SMX和所有六元环磺胺时,主要攻击的活性位点都在磺胺分子中的S、N、苯环及取代基位置,且各种磺胺差异不大。