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1、第五届全国环境化学大会（2009） 654 环境体系中的阳离子- 键作用 朱东强 （污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院， 南京市，江苏省 210093） 阳离子和富电子结构间可通过静电引力、极化等相互作用，形成阳离子- 键（cation- bonding）。阳离子-键在化学、生物化学等领域已被广泛研究。该 作用对生物分子识别、蛋白质配体螯合、K+通道等细胞内多种生化功能都极为 重要，但在环境领域阳离子-键的意义尚未得到充分认识。我们通过宏观静态吸 附研究和微观谱学观测手段的联合应用，报道了在若干环境体系中，阳离子-键 对多种有机污染物的吸附有着重要影响。 1）PAHs 与黏土
2、表面富集的金属离子、季铵盐阳离子间的阳离子- 键作用。 PAHs 释放到环境中以后，与环境介质（包括天然有机质、矿物或黏土表面、微 生物表面等）的吸附作用直接决定了其环境归趋和生物可利用性。以往的研究认 为，矿物对 PAHs 等非极性疏水有机物的吸附受疏水分配控制，并不存在特殊吸 附作用。我们经研究发现 PAHs 因其富 电子的特性（-电子供体） （-electron-donor） ，与黏土表面富集的金属离子、季铵盐阳离子间存在阳离子- 键这一特殊作用。因为这一特殊吸附机制，PAHs 的吸附亲合力较疏水性相近但 不具备此成键能力的氯苯类化合物要高出许多。 2） PAHs 与细菌表面、 磷脂中重
3、金属离子、 质子化的胺基阳离子间的阳离子- 键作用。细菌是土壤和水环境中常见的胶体。细菌等微生物对有机污染物的吸附 和累积直接影响其迁移（经胶体强化的运移） 、降解和转化等多个过程。同时， 大量研究表明细菌、真菌等生物质（biomass）对有机污染物的生物吸附 （biosorption）作为一种新型水处理技术具有广阔的应用前景。生物磷脂 （biolipids）是土壤和水环境中普遍存在的一类天然高分子聚合物，它是土壤有 机质（SOM） 、可溶性有机质（DOM）以及细胞膜等生物膜的重要组成部分。研 究有机污染物在磷脂中的分配行为，有助于深入了解天然有机质对有机污染物的 吸附行为，以及有机污染物的生
4、物毒性和致毒机制。传统理论认为，细菌表面以 及磷脂对非极性有机物的吸附仅受疏水分配机制控制。但申请者最近的研究结果 表明 PAHs 与细菌表面以及磷脂中富集的重金属离子、质子化的胺基阳离子间存 在阳离子-键这一特殊作用，因此吸附亲合力显著增强。除了对 PAHs 在环境中 的吸附行为产生影响，该研究成果还表明 PAHs 在细胞膜内的传输以及生物毒性 也可能受共存重金属离子的影响。 3）四环素类药物与碳基材料间的阳离子-键作用。四环素是一类普遍使用的 抗生素，在地表水、地下水、饮用水等水体中经常会被检出，所引起的环境健康 效应受到广泛关注，因而，研制高效去除四环素的水处理技术具有重要的实际意 第五届全国环境化学大会（2009） 655 义。活性炭吸附是去除水体中有机污染物的一种常用方法，但四环素分子因为具 有 较 大 的 分 子 尺 寸 ， 活 性 炭 在 吸 附 四 环 素 过 程 中 存 在 分 子 筛 效 应 （molecular-sieving effect） ，吸附效果并不理想。我们最近研究发现碳纳米管对四 环素具有非常强的吸附能力（吸附系数比活性炭高 2-3 个数量级），并进一步证 实了除范德华力外，四环素分子的胺基阳离子、烯酮共轭结构与碳纳米管表面芳 香稠环（-电子供体）间还分别存在阳离子-键及-电子交互作用这两种特殊吸 附机制。
