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.     

溶解有机质的光化学行为及其环境效应

溶解有机质(DOM)是环境水体中广泛存在的一类重要光化学活性物质,也是生态系统能量和物质循环的重要纽带。DOM通常具有多种发色团,能吸收辐射至地表的太阳光发生光漂白和光矿化,生成如三线态DOM(~3DOM~*)、H_2O_2、单线态氧(~1O_2)和羟基自由基(HO~·)等多种活性物质,进而对污染物环境转化过程、微生物生理活动和水环境质量等产生重要影响。DOM的来源、组成、结构和性质极为复杂,这决定了其环境光化学行为及效应的多样性和复杂性,对此的认识至今仍缺乏系统性,并处于不断发展之中。鉴于此,笔者综述了近年来国内外关于DOM光化学行为及其重要环境效应的研究,并提出拓宽DOM研究对象、建立DOM结构-光化学活性关系模型、考察环境因子影响DOM光化学效应及其机制等建议。     

机物料中溶解性有机质对土壤吸附除草剂的抑制作用

溶解性有机质(DOM)是陆地及水生生态系统中十分活跃的组分,对有机污染物质的环境行为 (如毒性、迁移转化及生物可降解性等)有着重要的影响,而施用有机物料会释放大量的DOM.采用批量平衡法研究了水稻秸秆腐解产生的溶解性有机质对苄嘧磺隆(BSM)在土壤中吸附行为的抑制作用.结果表明,线性方程能很好地描述BSM在土壤中的吸附行为;添加DOM降低了BSM在土壤中的分配系数即logKd值,其logKd值与对照(不加DOM)间存在极显著差异(P<0.01),秸秆腐解时间越长,logKd值越小;亲水组分和疏水组分在DOM抑制土壤吸附BSM中起着不同的作用;BSM在土壤上的吸附自由能小于40 kJ·mol-1,推测BSM在土壤上主要以物理吸附为主,吸附机理可能有范德华力、疏水键、氢键和偶极键力,不存在化学键吸附作用.     

水生系统中溶解态有机质的激发效应研究进展

溶解态有机质(DOM)的迁移转化是影响水环境生物地球化学循环和生态系统功能的重要过程.DOM是来源丰富、化学结构和活性不同的成千上万种化合物的混合物.其中,活性组分的存在可能促进微生物对惰性组分的降解,形成清除惰性DOM的一个重要机制,即激发效应,对全球碳循环和生态系统产生深远影响.当前,水生系统DOM激发效应研究主要运用各种化学和生物的方法,监测添加活性DOM对惰性DOM的降解速率和微生物丰度与群落结构的改变.在不同的研究体系中,存在正激发、负激发和无激发等3种效应,受到活性DOM和惰性DOM的特征、微生物响应特征和环境因子等的综合作用.新方法的应用和典型区域、典型事件的观测,将有助于评估水生系统DOM的激发效应、深入理解DOM的微生物转化过程.     

微/纳米塑料对淡水生物毒性、机理及其影响因素研究进展

微/纳米塑料(MNPs)在全球水环境中被检出,其污染问题已引起科学界和公众的普遍关注.MNPs因其物理化学特性可对水环境生物产生不可预知的危害.本文综述了MNPs对不同营养级淡水生物(藻类、水溞和鱼类)毒理效应的研究进展,阐述了MNPs对淡水生物毒性的作用机理,重点评述了影响MNPs对淡水生物毒性的主要因素,包括直接因素(聚合物类型、元素掺杂、尺寸、颗粒形状和表面特征)和间接因素(单体和添加剂释放、其他污染物及水溶液化学条件),并指出了塑料生态毒理学今后的研究趋势.     

溶解性有机质对土壤镉形态及对莴笋吸收镉的影响

溶解性有机质(DOM)是陆地生态系统和水生生态系统中的一种重要的活跃的化学组分,是具有不同结构及分子量大小的有机物的连续体或混合体.它影响着环境的酸碱特性、营养物质的有效性、污染物质的环境行为特性等.DOM的浓度通常用溶解性有机碳(DOC)来衡量.     

流域特征对南苕溪溶解有机质浓度的影响

溶解有机质(DOM)是水域生态系统中碳、氮、磷循环的重要组成部分,开展流域尺度上流域特征对河流DOM输出的调控机制研究,有助于加深对DOM经由河流向下游水体迁移的生物地球化学行为的认识,为改善河流及其下游水体富营养化状况和进行生态修复提供依据。选取南苕溪流域为研究对象,在其16个子流域开展近一年的采样调研,提取各子流域水温、流量、面积、平均坡度、平均高程以及5种土地利用类型[天然林、经济林(雷竹林)、农田、城镇、水域]面积占流域面积比例共10个流域特征变量,同时测定溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)和溶解有机磷(DOP)浓度,分析DOM浓度的空间分布及季节动态,并结合多元分析方法,探讨流域特征对DOM浓度的影响机制。结果表明,DOC、DOP浓度呈由上游河源到下游河口递增的趋势,与流域内土地利用格局及相应的污染梯度变化一致。DON浓度受到流域内雷竹林集约经营活动的影响,就空间而言,在用地类型以雷竹林为主的子流域,DON浓度最高;就季节而言,春季DON浓度最高。夏、秋季DOP浓度小于春、冬季,此与水生生物对水中磷素吸收作用有关。主成分分析结果表明,流域地形地貌特征(土地利用类型、坡度等)对DOM浓度的影响要强于河流水文状况(流量、温度)。在主成分样点得分图中,以天然林为主的子流域与其他受人为影响的子流域(经济林、农田、城镇)分开分布,表明人为活动会引起DOM浓度的增加。多元回归分析结果表明,城镇用地占比是DOM浓度的最优预测变量,虽然城镇面积小(平均面积占比约为5%)、分布散,但却是流域内DOM重要的"源"。     

饮用水处理过程中溶解性有机物表征方法的研究进展

溶解性有机物(DOM)结构、组分复杂,传统水处理工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)、深度处理工艺等对DOM去除有限,在消毒过程中可能生成消毒副产物.DOM的结构、组分影响其在饮用水处理过程中的去除效果.为了深入了解DOM在饮用水处理过程中的结构、形态变化,需采用多种检测方法对其变化进行表征.本文围绕DOM在不同饮用水处理工艺中的分子量、馏分、芳香性及荧光组分等性质的变化,综述了当前饮用水研究较为广泛的预处理分级(物理分级-超滤膜过滤、化学分级-树脂吸附)、紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱等表征方法的研究进展,对不同表征方法的优点及局限性进行了详细探讨,以期为准确评估水处理过程中DOM的变化提供科学依据.     

黄河口近岸海域有色溶解有机质的时空分布及光降解特性

根据2018年10月（秋季）、2019年5月（春季）、 2019年8月（夏季）和2021年3月（冬季）在黄河口开展的溶解有机质（DOM）及其光学性质特征参数的陆海同步观测数据，结合同步开展的不同来源DOM的光降解船基现场培养试验，分析黄河口DOM及有色溶解有机质（CDOM）的时空分布特征，探讨该海域不同来源DOM光降解作用及控制机制.结果表明，黄河入海径流的溶解有机碳（DOC）和CDOM浓度呈现夏季高、冬季次之、春季和秋季低的变化特征；DOC和CDOM入海通量呈现夏季最高、秋季和春季次之、冬季最低的季节特征，主要受黄河流域汛期及调水调沙作用影响；黄河口DOC呈现不规则斑块状分布，CDOM呈现近岸高、离岸低的分布特征，为黄河输入、海源自生及光降解等多种因素影响所致.在黄河径流较大的夏季，DOC受陆源输入影响较其他季节更为明显，CDOM浓度明显高于其他季节；夏季DOC与CDOM之间的线性关系也显著高于其他季节.春季、夏季和秋季陆源DOM光化学降解速率均高于海源；受DOM来源组成和温度、光照等环境因子共同作用，研究海域夏季CDOM光降解率高于春、秋两季.     

碳质材料和溶解性有机质对沉积物中全氟化合物在摇蚊幼虫体内富集的影响

全氟化合物(PFASs)是一类具有疏水基团和亲水基团的新型污染物.目前,在环境条件对PFASs生物富集影响方面已开展了诸多研究,但有关碳质材料(CMs)和溶解性有机质(DOM)共存对PFASs在生物体内富集的影响还未见报道。为探讨这一问题,研究了沉积物-水体系中2种碳质材料木炭(W400)、多壁碳纳米管(MWCNT10)和4种DOM(丹宁酸、富里酸、蛋白胨和腐殖酸)对6种典型PFASs在摇蚊幼虫体内生物富集的影响。结果表明,暴露10 d后(已达到富集平衡状态),无论体系中是否存在CMs,添加1~50 mg C·L-1不同类型的DOM对PFASs在摇蚊幼虫体内生物富集的影响不显著。无论体系中是否存在DOM,添加CMs均能降低摇蚊幼虫体内PFASs的含量,且MWCNT10对PFASs生物富集的降低比例显著高于W400。与对照相比,添加0.4%的MWCNT10对摇蚊幼虫体内PFASs含量的降低比例为21%~56%,而同等添加量的W400对其降低比例均低于20%。这表明,在沉积物-水体系中,当CMs和DOM共存时,CMs是影响PFASs在摇蚊幼虫体内富集的主要因素,而少量DOM的引入对其影响不大。     

pH对不同来源溶解性有机质光致生成活性物种量子产率的影响

溶解性有机质(DOM)普遍存在于地表水中,DOM吸收太阳光可生成多种光致活性物种(RPS),如激发三线态DOM(~3DOM*)、单线态氧(~1O_2)和羟基自由基(·OH)等.这些RPS对污染物的降解具有重要作用.天然水p H改变可导致DOM的粒径、官能团和分子量等变化,但p H对DOM生成RPS的影响少有研究.本文在模拟日光条件下,采用分子探针的方法测定了提取的黄海海水DOM(L-DOM)和两种购于国际腐殖酸协会的DOM(NAFA和SRHA)在p H值为4.0、7.0和9.0条件下生成~3DOM~*,~1O_2和·OH的量子产率.结果表明,3种DOM均可光致生成RPS,L-DOM生成RPS的量子产率远高于SRHA和NAFA.p H对不同来源DOM生成RPS的量子产率的影响不同,其中对L-DOM的影响最为显著.本研究有助于揭示水中有机污染物的光化学转化动力学.     

水环境中纳米氧化锌的环境行为及生物毒性研究进展

随着纳米氧化锌的大量生产和应用,作为其最终受体之一的水环境将面临越来越大的威胁.纳米氧化锌在水环境中的团聚,溶解等环境行为使其具有不稳定性,在很大程度上影响着纳米氧化锌在水体中的迁移性、生物可利用性以及对生态环境的毒性.本文着重探讨纳米氧化锌在水环境中的环境行为及其影响控制因素和检测分析方法,归纳纳米氧化锌对不同种类水生生物的毒性效应,分析纳米氧化锌的毒性机制及其存在的问题,并对水环境中纳米氧化锌的环境行为及生物毒性的研究方向进行了展望.     

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.     

渔业养殖区藻源溶解性有机质性质特征对汞甲基化影响

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)是水生生态系统中的重要成分,能够显著影响汞的甲基化等形态变化过程.以近岸渔业养殖区藻源DOM为研究对象,运用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,对其结构特征进行表征;并选取总有机碳浓度TOC_DOM=10 mg·L^-1(DOM₁₀)和TOC_DOM=50 mg·L^-1(DOM₅₀)两种水平藻源DOM提取液,分析其在不同汞浓度条件下对汞甲基化过程的影响.结果表明,藻源DOM主要由类蛋白和类腐殖质组分组成,其中前者含量较高,疏水及芳香组分含量较低;红外光谱显示藻源DOM中含有—OH、—CH₃、—CH₂、芳香性C=C等官能团.甲基化实验表明,在溶液中DOM含量相对较少时(DOM:Hg浓度比≤15625),DOM表现出抑制汞甲基化的趋势,而当溶液中DOM含量逐渐升高(DOM:Hg浓度比>15625),DOM可以显著促进水体中汞向甲基汞的转化.藻源...     

溶解性有机质(DOM)对不同浓度卡马西平在蒙脱土上吸附行为的影响

为探究溶解性有机质(DOM)对药物和个人护理品(PPCPs)类污染物吸附过程的影响,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,以蒙脱土为介质,用商用腐殖酸(HA)制备DOM,开展吸附实验,并采用紫外-可见光吸收光谱和红外光谱表征等手段,研究了DOM对不同浓度CBZ在蒙脱土上吸附影响的差异及机制.等温吸附实验结果显示:DOM对不同浓度CBZ吸附影响方式不同.CBZ浓度较低时(0.2—1.5 mg·L~(-1)),DOM对CBZ的吸附表现为抑制作用,吸附等温线为L型;浓度较高时(5—40 mg·L~(-1))表现为由抑制转为促进作用,吸附等温线为C型.结合表征结果分析认为,CBZ浓度是影响DOM存在下CBZ吸附行为的主要因素.DOM与低浓度CBZ的结合能力弱,此时大分子量DOM与CBZ竞争有限的吸附位点,小分子量DOM与CBZ结合起到增溶作用,而DOM中以大分子量物质为主,因而DOM对CBZ的吸附抑制作用增强,形成L型吸附等温线;DOM与高浓度CBZ的结合能力较强,结合物质的分子量随CBZ浓度升高而逐渐增大,进而引起共吸附和累积吸附现象产生,在蒙脱土上形成的新的活性吸附位点,从而导致CBZ的吸附促进作用随污染物浓度的升高而增强,形成C型吸附等温线.     

采用电渗析耦合反渗透法分离养殖海水中溶解性有机质

海洋中的溶解性有机质(DOM)是全球碳循环中的重要组成部分,其在全球生物地球化学循环以及区域生态系统对气候的响应方面起着重要的作用.由于DOM组成和结构的复杂性以及海水的高含盐量,导致分离和表征海水DOM存在困难.中国是世界上最大的海水养殖国家,但目前对我国海水养殖中DOM的分离以及表征尚不多见.本研究采用电渗析耦合反渗透(ED/RO)法从海参养殖海水中分离DOM,其溶解性有机碳(DOC)的提取效率为66.8%.通过对原始海水和分离DOM的紫外-可见吸收光谱、光谱斜率进行比较,以及对分离DOM的C∶N物质的量之比的测定,证明ED/RO法可有效地从海参养殖海水中分离出具有代表性的DOM样品.本研究有助于揭示我国近海养殖区DOM在区域碳循环中的循环和转化过程.     

可溶性有机质对芘在泥炭和高岭土上吸附和解吸的影响

为掌握可溶性有机质(DOM)对憎水性有机污染物吸附和解吸行为的影响,本研究选取四环多环芳烃——芘作为目标污染物,通过批平衡实验研究了不同分子量组分DOM对芘在泥炭和高岭土上吸附和解吸的影响.结果表明,吸附和解吸数据均可以用Freundlich模型很好地拟合(R²>0.93).DOM的添加抑制了泥炭对芘的吸附,并且分子量越大的DOM产生的抑制效应越明显,主要是由于DOM与芘分子的竞争、增溶作用及泥炭表面微孔的堵塞引起的.与之相反,DOM促进了芘在高岭土上的吸附,DOM分子量越大,促进效应越强,这是由于DOM与芘分子之间通过累积吸附或共吸附增加高岭土对芘的吸附.DOM促进了芘在泥炭和高岭土上的解吸,并且促进效应随分子量的增加而增强.此外,芘在泥炭和高岭土上的解吸均存在迟滞现象,均在低浓度时表现出更明显的效应.DOM_bulk和DOM_(>14000 Da)增加了芘在泥炭上的解吸迟滞现象,但降低了其在高岭土上的解吸迟滞现象.     

微纳米塑料对鱼类的毒性效应及作用机制研究进展

微纳米塑料(MNPs)在水环境中的污染问题已成为全球关注的热点。MNPs因其数量多、粒径小,极易被鱼类误食对鱼体造成危害。本文综述了MNPs对鱼类毒性效应及作用机制,首先阐述了鱼类对MNPs的摄食、富集和转运规律,分析了不同粒径的MNPs对鱼类造成的不同危害,其次重点评述了MNPs对鱼类毒性效应及作用机制,并介绍了MNPs和其他污染物对鱼类的毒性效应,最后展望了MNPs对鱼类的研究趋势。研究MNPs对鱼类毒性效应及作用机制有利于增进对MNPs的生态毒性的认识,为经济鱼类的安全生产和生态稳定提供科学依据。     

溶解性有机质在红壤水稻土碳氮转化中的作用

溶解性有机质(DOM)是土壤中活跃的C、N库,在土壤有机质分解转化等过程中有着重要的作用。但其在水田土壤C、N转化过程中究竟起多大作用仍不明确。本研究采用室内恒温培养法观测了DOM和红壤水稻土C、N矿化的关系。结果表明,去除DOM显著降低了培养期间土壤有机质的累计矿化量。其中土壤有机碳的累计矿化量下降了11.4%～20.8%(平均15.4%),且其影响主要体现在培养前期;土壤有机氮的累计矿化量下降了16.4～22.9%(平均19.2%)。研究结果初步表明,虽然DOM只占土壤有机质的很少一部分,但在红壤水稻土C、N矿化中起重要作用。     

水分梯度下若尔盖高寒泥炭地土壤可溶性有机质光谱特征

川西高寒泥炭地是中国乃至全球最大的高寒土壤碳库之一,目前正经历着干旱化和植被退化的影响。水溶性有机质(DOM)是有机碳中活性较高的组分,对土壤碳动态平衡乃至源汇转换具有重要意义,同时也是联系陆地土壤和水生生态系统之间碳交换的主要载体,对水环境质量有重要影响。为了解干旱化对若尔盖高寒泥炭地土壤可溶性有机质含量及结构特征的影响,以四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县高寒泥炭地不同水分环境下表层土壤(0-10cm)水溶性有机质(DOM)为对象,采用三维激发发射矩阵荧光光谱、平行因子分析(EEM-PARAFAC)以及荧光区域积分(FRI)等方法,对其数量和光谱学特征进行了比较研究。结果表明:(1)随着土壤干旱化程度加深,若尔盖泥炭地土壤总有机碳和水溶性有机碳含量而显著降低,降低程度分别为55.36%、28.77%;(2)川西高寒泥炭地DOM的荧光光谱特征参数表明,DOM的芳香性与腐殖化程度随着水分的增加而降低,土壤DOM稳定性降低,微生物可利用性降低;(3)平行因子分析结果显示若尔盖泥炭地土壤DOM中以小分子类腐殖质组分载荷最高,微生物活动和转化过程中蛋白物质类组分最低;(4)高原泥炭地土壤DOM中富里酸类有机质和腐殖酸类有机质占比最高,漫岗草甸土壤中腐殖酸占比高于湿地土壤,而湿地土壤富里酸组分占比高于漫岗草甸土壤。总之,若尔盖湿地干旱化将导致泥炭地土壤碳含量显著性降低,可能导致土壤有机碳将大规模排放。