海洋硅藻细胞表面物理化学特性对镉累积的影响

硅藻是海洋生态系统中主要的初级生产者,在全球碳循环中扮演重要角色。硅藻在镉(Cd)的生物地球化学循环中同样发挥了关键的作用。营养盐、盐度、pH、光照、温度等因子可改变Cd在硅藻中的累积,但其关键过程尚未清楚。借助多功能原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、非损伤微测(NMT)等先进表征手段,可定量研究硅藻细胞的表面物理化学特性。本综述讨论环境因子对细胞表面粗糙度的影响,探索粗糙度-表面功能基团-电势之间的联系,从微观层次揭示硅藻细胞与Cd之间的相互作用,诠释硅藻吸附金属Cd的过程。     

固相微萃取采集空气中苯系物的竞争吸附效应

通过采用多组分苯系物标准气体对萃取头的吸附情况进行分析和各种参数的考察,对固相微萃取技术应用于空气中苯系物的检测方法和相互的竞争吸附行为进行了研究,结果表明,固相微萃取技术在空气中苯系物定量检测的应用过程中受多种因素影响,各种苯系物在萃取头表面存在显著的竞争吸附效应使定量较为困难,但通过标准加入法可满足定量检测的需要,并得到了相应的应用条件和范围.     

分子模拟研究苯酚在大气冰表面的吸附行为

苯酚是大气中重要的有毒污染物，然而其在大气冰表面的吸附行为仍不明确.本研究使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟方法，基于TIP5P水力场和优化的苯酚力场，模拟了温度200 K条件下，苯酚在六边形(I_h)冰0001表面的吸附行为.研究表明，苯酚在冰表面的吸附等温线具有两个平台期，达到第一个平台期后，苯酚单层吸附饱和并进入快速增长期，随后至吸附凝结点，达到第二个平台期.当苯酚分子吸附量较小时，苯酚独立地吸附在冰表面，吸附行为符合Langmuir吸附类型；随着苯酚分子吸附量增加，冰表面的苯酚分子间产生相互作用，导致偏离了Langmuir吸附等温线.在不同吸附量情况下，苯酚与冰表面分子形成的氢键类型均是以苯酚—OH上的氢原子与冰表面氧原子之间形成的氢键为主.     

有机磷阻燃剂在不同含氧碳纳米管上的吸附行为

在对单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米(MWCNT)及其相应含氧碳管的表征基础上,对OPEs的界面吸附行为进行了考察.结果表明,碳纳米管对OPEs具有较强的吸附能力(理论最大吸附量可达到412.0 mg·g-1).吸附等温线呈非线性吸附,Freundlich和Langmuir模型均能很好地拟合吸附等温线,校准相关系数分别在0.929—0.999和0.822—0.999范围内.碳纳米管与OPEs间的主要吸附作用机制为疏水相互作用,芳香取代OPEs与碳管管壁间的π-π电子供体受体相互作用对吸附有重要贡献.碳纳米管对OPEs的最大吸附量由碳管比表面积决定,而不受OPEs本身疏水特性的影响.碳管表面氧化引入的含氧基团能通过减弱碳管表面的疏水性和减少表面有效吸附位点来降低碳管对OPEs的吸附容量.     

酵母融合菌对铬离子的吸附特性研究

酵母融合菌的完整细胞、细胞壁、细胞内含物富集水体中的铬,比较了各组分对铬离子的吸附能力差异,并进行了模型拟合.结果表明:细胞壁的去除率和吸附量都明显高于完整细胞;完整细胞及细胞壁对铬的吸附均符合Freundlich和Langmuir热力学方程,且细胞壁对Cr6 的最大吸附量和吸附亲和力都大于完整细胞,说明细胞壁是该吸附剂吸附重金属离子的主要部位.同时利用多种分析手段研究了各组分对铬的吸附行为:酵母细胞壁的特殊结构以及AFM图显示细胞壁可以为活性基团吸附、络合或螯合金属离子提供更为广阔的空间;X-射线衍射和FTIR分析检测表明吸附剂对铬的吸附并未破坏其本身的结构.     

砷酸根在可变电荷土壤颗粒表面的配位吸附

研究了砷在3种可变电荷土壤颗粒表面的吸附对土壤胶体Zeta电位的影响及砷酸根吸附过程中羟基的释放特征.在酸性条件下,土壤胶体吸附砷酸根后土壤表面的负电荷增加,Zeta电位下降.这说明砷酸根在土壤颗粒表面发生了专性吸附,吸附的砷酸根离子进入土壤胶体双电层的紧密层中.亚砷酸根吸附对土壤胶体Zeta电位的影响很小,说明它在土壤颗粒表面主要通过形成外圈型表面络合物而发生非专性吸附.砷酸根在土壤颗粒表面的吸附过程中有羟基释放,说明砷酸根与表面羟基发生了配位交换反应.羟基释放量随砷酸根加入量的增加和pH值的升高而增加.动力学实验结果表明,砷酸根吸附量和羟基释放量随时间具有相似的变化趋势,在开始的20min内,二者均随时间迅速增加,随后变化较小.羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比也随时间的增加而增加,说明羟基释放反应滞后于砷酸根吸附反应.土壤体系中羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比小于针铁矿体系,说明除铁铝氧化物外,土壤的其它固相组分也参与了对砷的吸附反应.     

扫描/透射电子显微技术在土壤环境微生物相互作用超微结构研究中的应用进展

超微结构技术与土壤和微生物等学科的交叉融合,使得相关研究的尺度向着更直观与更微观的两极方向延伸.微生物与土壤组分的相互作用贯穿于整个土壤多相微界面体系,是土壤中最具活力的因子,深刻影响着环境污染物的迁移转化及归趋行为.扫描和透射电子显微技术的结合能够将土壤与微生物组成的高活性超微界面体系可视化,是当今土壤界面化学研究的前沿方向.介绍扫描和透射电子显微技术结合能谱、高角度环形暗场像、电子衍射分析等手段的基本原理和其应用于环境微生物领域的制样要求;综述应用扫描/透射电子显微技术研究环境胁迫下微生物的形态变化特征、微生物与土壤固相组分的作用、微生物与微生物之间交互作用的超微结构特征,以及结构和形貌观测及化学成分分析;通过扫描/透射电子显微技术揭示土壤微生物与污染物的作用机制,跟踪环境污染物的转化和迁移特征.已开展的研究发现,微生物容易附生于土壤颗粒表面,且通过调整自身细胞表面结构,改变自身转运有机物的通道,从而代谢污染物;共培养模式具有协同效应,在降解有毒有机污染物和处理废弃物方面效率更高,从而加速土壤中污染物的转化与降解过程.此外,还总结了通过扫描/透射电子显微技术如何深入挖掘有生命土壤的超微界面作用机理,展望扫描/透射电子显微技术未来的可能研究方向,期望能进一步促进土壤微生物技术在环境修复领域的深入发展与广泛应用.     

表面活性剂对二氧化钛纳米颗粒和锌离子复合细菌毒性的影响

纳米颗粒和重金属的复合生态毒性已受到广泛关注.作为水体中的常见污染物,表面活性剂可能会影响纳米颗粒和重金属的复合毒性.本文选取常见的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子表面活性剂Tween 80,以Zn~(2+)为重金属代表,通过细菌毒性实验研究表面活性剂对nano-TiO_2和Zn~(2+)对大肠杆菌复合毒性的影响,通过纳米颗粒性质表征、颗粒沉降实验、吸附实验、细菌细胞外膜渗透性测定等揭示毒性影响机制.研究表明,nano-TiO_2通过吸附Zn~(2+)降低了Zn~(2+)在介质中的溶解浓度,两者复合毒性小于其叠加毒性; SDBS和Zn~(2+)作用后降低了Zn~(2+)自身的生物可利用性,同时增强了细胞外膜渗透性.当SDBS浓度大于50 mg·L-1,Zn~(2+)浓度大于4 mg·L-1时,两者复合毒性表现为协同效应.3种污染物共存时,nano-TiO_2的存在降低了Zn~(2+)和SDBS的复合毒性.Tween 80对nano-TiO_2和Zn~(2+)的单独毒性及复合毒性影响均不明显.本研究结果可为表面活性剂存在下纳米颗粒和重金属对细菌或其它生物的复合毒性评价提供理论依据.     

金属纳米颗粒的环境行为及其与藻类的相互作用概述

金属纳米颗粒在各领域的应用日益广泛，可通过多种途径进入环境，并在水生生态系统中积累.因此关于其进入水环境后的行为及与水中初级生产者—藻类相互作用的研究至关重要.金属纳米颗粒在水中会发生团聚、沉降、溶解、硫化反应及光化学反应等，这些行为受到自身理化性质(大小、形状、表面电荷、晶体结构、化学组成等)和环境因素(pH、离子强度、阳离子价态等)的影响，进而改变金属纳米颗粒在藻类表面的吸附聚集和可能的吸收累积.金属纳米颗粒还可能影响藻类光合作用、引起氧化应激、甚至造成藻类的凋亡.同时，与金属纳米颗粒共存的其它污染物及天然有机质也可能改变金属纳米颗粒的行为、生物吸附、生物累积和生物效应.相应地，藻类在面对金属纳米颗粒胁迫时也会启动自我防御机制.尽管如此，真实环境中金属纳米颗粒与藻类的相互作用及分子机制仍有待进一步研究.     

多环芳烃的样品前处理技术研究进展

多环芳烃(PAHs)是一类致癌、致畸、致突变的持久性有机物污染物,广泛存在于大气、水、土壤和生物等介质中.由于PAHs基体复杂并且含量很低,所以样品的净化和富集尤为重要.本文综述了近5年来国内外有关PAHs的样品前处理技术和方法的基本原理和代表性应用,包括液相微萃取、分散液液微萃取、固相微萃取、搅拌子吸附萃取、微耗损固相微萃取、分散固相微萃取法,比较了各方法的优缺点,并对PAHs的样品前处理技术的发展进行了展望.     

微塑料与污染物相互作用的研究进展

微塑料广泛存在于环境中,其比表面积大、吸附性强,可吸附环境中的重金属、有机物、微生物等污染物,并改变它们在环境中的归趋;同时,这些污染物也会影响微塑料的性质及其在环境中的吸附、迁移、降解等行为,进而对生态环境产生潜在风险.开展微塑料与污染物的相互作用研究是进行微塑料环境风险评价的基础.当前相关研究多集中于微塑料的分布及其对不同污染物的吸附作用等方面,而污染物对微塑料性质的影响研究及吸附后它们性质变化的研究相对较少.据此本文总结了微塑料在环境中的分布情况;以吸附为例,梳理了相互作用过程的影响因素和机理;综述了微塑料与污染物相互作用的研究现状;最后基于此展望日后的研究方向,以期对未来微塑料的相关研究提供参考和帮助.     

微塑料对环境中有机污染物吸附解吸的研究进展

微塑料已成为新的全球性环境污染问题。作为强吸附剂,微塑料可以吸附共存的有机污染物,进而改变其环境行为和毒性;也可以通过解吸作用促进污染物在不同介质中的迁移。因而,微塑料与有机污染物的相互作用强度和机理是全面评估两者的环境风险和深度研究微塑料毒性机制的必要信息。目前微塑料研究处于快速发展的起始阶段,加之微塑料本身成分、粒径、表面风化情况的复杂性及共存有机污染物的多样性使两者的相互作用十分复杂,亟需理清微塑料吸附解吸作用的影响因素和相关机制。因而,本文详细综述了微塑料对有机污染物吸附解吸作用的研究进展,并着重从微塑料性质(成分、粒径和表面风化)、有机污染物性质和水环境介质性质方面探讨了吸附的影响因素和相互作用机制,希望为微塑料吸附有机污染物及吸附的后续影响研究提供借鉴与参考。     

不同电荷表面活性剂影响下纳米氧化锌对小球藻的毒性效应与细胞分布

水环境中的带电物质可改变可溶性纳米颗粒的理化性质和累积分布，从而影响纳米颗粒对水生生物的毒性效应.本文探究了3种不同电荷表面活性剂，阳离子型的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、阴离子型的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、非离子型的聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)存在下纳米氧化锌(nZnO)对小球藻(Chlorella vulgaris)的毒性效应，探明了3种表面活性剂对nZnO性质(电位粒径、Zn²⁺溶出等)及Zn元素细胞分布的影响.结果表明，带有不同电荷的表面活性剂与nZnO复合具有不同的联合毒性效应及机制.阳离子型CTAC促进nZnO的团聚并抑制Zn²⁺的溶出，增强nZnO与藻细胞间的静电相互作用，使细胞表面吸附的颗粒态nZnO增加，其联合毒性表现为拮抗作用；阴离子型SDBS促进nZnO的分散和Zn²⁺的溶出，增强nZnO与藻细胞间的静电排斥，使细胞内Zn²⁺含量增加，其联合毒性表现为协同作用；非离子型TX-100对Zn²⁺的细胞分布无显著影响，可能是通过空间位阻作用减少nZ...     

溶解性有机质的表面吸附行为及其对金属基纳米颗粒环境行为的影响

随着纳米科技的不断进步,越来越多的金属基纳米颗粒(MNPs)被添加到油漆、除草剂、杀虫剂等产品中.其大量应用使得MNPs在储存、运输、使用以及处理等过程中不可避免地进入到环境中,从而对生物乃至人类健康产生威胁.环境中丰富的溶解性有机质(DOMs)容易通过静电吸引、配体交换、疏水性等作用吸附到纳米颗粒的表面,从而影响MNPs的迁移转化及生态效应.DOMs的吸附可能会降低MNPs表面电势,加速颗粒聚集,或堵塞表面微孔而减小颗粒的有效暴露面积,抑制金属离子的释放;DOMs吸附也可能增加其释放出的金属离子发生络合反应的几率,从而促进MNPs的溶解.以上矛盾结论的产生是因为DOMs在MNPs表面的吸附行为机制还不十分清晰,有待更深入的研究.因此,本文就DOMs在MNPs表面产生吸附的机理,及其对MNPs聚集、分散及溶解等过程产生的影响进行了系统的评述,并重点剖析了如何量化DOMs在MNPs表面的吸附作用,及不同环境因子对DOMs在MNPs表面的吸附行为的影响,提出为了提高MNPs环境行为及生态效应评估的准确性,建立DOMs吸附作用与MNPs聚集、分散和溶解间的相关关系将是今后研究的重点.     

采用XPS研究镉在蒙脱石表面的吸附机理

采用XPS方法,通过对比吸附镉前后蒙脱石表面元素结合能的变化,对镉在蒙脱石界面吸附机理进行研究.结果表明,吸附镉离子后电子由镉离子向氧、铁、硅原子转移,Al基本没有参与配位.除表面配位的化学吸附作用外,镉离子还通过与蒙脱石层间阳离子进行交换吸附而进入蒙脱石的层间.     

紫外光照条件下固体颗粒表面氧化铁对苯酚降解的抑制

在负载氧化铁的硅胶颗粒(HMT-silica)表面探讨紫外光照下氧化铁对苯酚降解的影响机理.结果表明,硅胶表面负载的氧化铁可以降低苯酚的降解.光照50 h,吸附在硅胶上的苯酚(固相浓度0.75±0.17μg·mg~(-1))降解率为69.3%,而吸附在负载氧化铁硅胶颗粒上的苯酚降解率仅为17.7%.改变苯酚的固相浓度或者硅胶表面氧化铁的负载比例也出现同样的现象,排除了苯酚挥发和不同固体颗粒吸光度差别造成的影响.由自由基信号检测结果表明,产生这种影响的原因主要是在含氧化铁系统中生成的环境持久性自由基阻碍了苯酚的进一步降解.     

表面接枝聚乙烯亚胺硅胶微粒对铬酸根的吸附特性

通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷的偶联,将聚乙烯亚胺(PEI)偶合接枝在硅胶微粒表面,制得对铬酸根有强吸附作用的复合型吸附材料PEI/SiO2,并对其化学结构进行了表征; 采用静态法研究了PEI/SiO2对铬酸根的吸附性能及脱附性能.结果表明,凭借强烈的静电相互作用, 硅胶表面的聚胺大分子PEI对铬酸根阴离子可产生很强的吸附作用,饱和吸附量可达0.07 g·g-1(pH=6);等温吸附满足Langmuir吸附等温方程; 介质的pH值对吸附作用有很大的影响, pH值愈小,吸附容量愈大;升高温度吸附量减小,表明静电相互作用导致的吸附作用为一放热过程.以NaOH水溶液为洗脱液,吸附在PEI/SiO2表面的铬酸根阴离子很容易被解吸脱附,便于PEI/SiO2的重复使用.     

一株铜抗性细菌的分离鉴定及其耐铜机制

利用微生物修复铜污染环境是当前研究的热点之一,筛选铜污染环境生物修复的菌种,研究其耐铜机制对铜污染土壤修复具有重要的意义.从铜矿附近的土壤中分离得到一株具有较强铜抗性的细菌,经形态观察、生理生化实验及系统发育分析,鉴定该菌株为不动杆菌属,命名为Acinetobacter sp. MA9.为探索MA9对铜的耐性、富集及其可能机制,研究不同浓度铜处理下菌株的生长和细菌对培养基铜的去除效率,同时分析铜胁迫下MA9胞外聚合物的含量、菌体表面形貌和官能团的变化.结果表明,铜处理细菌36 h后,以培养基铜浓度表征的半数效应浓度(EC_(50))值为251mg/L,细菌对溶液铜的去除量最高达到了溶液铜浓度的68%.与对照相比,铜胁迫使得MA9产生了更多的胞外聚合物,其中多糖增加62%,蛋白增加185%;利用扫描电镜观察发现,与无铜处理的菌株相比,铜处理菌体表面存在大量颗粒物;能谱分析也显示,MA9细胞表面检测到铜,这说明铜可能与细菌代谢物结合产生胞外吸附;傅里叶红外光谱分析结果表明,菌株在铜处理后细胞表面与醛基官能团相关的吸收峰消失,说明铜主要和菌体表面的醛基官能团结合.本研究表明胞外吸附和胞外沉淀是不动杆菌MA9主要的耐铜机制,醛基是参与MA9和铜反应的主要基团;结果可为MA9在铜污染环境修复中的应用提供数据和基础.(图6表2参36)     

草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.     

环境微塑料与有机污染物的相互作用及联合毒性效应研究进展

环境微塑料可吸附有机污染物,并与有机污染物进行相互作用从而改变其毒性效应,增加微塑料的治理难度.本文就全球范围内微塑料与有机污染物的相互作用及毒性效应的研究进展进行综述,分析不同介质中微塑料与有机污染物的共存水平、吸附机理、影响因素以及联合毒性效应等.研究表明,微塑料可作为多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、六...