Aggregation and ecotoxicity of CeO₂ nanoparticles in synthetic and natural waters with variable pH, organic matter concentration and ionic strength

The influence of pH (6.0-9.0), natural organic matter (NOM) (0-10 mg C/L) and ionic strength (IS) (1.7-40 mM) on 14 nm CeO₂ NP aggregation and ecotoxicity towards the alga Pseudokirchneriella subcapitata was assessed following a central composite design. Mean NP aggregate sizes ranged between 200 and 10000 nm. Increasing pH and IS enhanced aggregation, while increasing NOM decreased mean aggregate sizes. The 48 h-E_rC20s ranged between 4.7 and 395.8 mg CeO₂/L. An equation for predicting the 48 h-E_rC20 (48 h-E_rC20 = −1626.4 × (pH) + 109.45 × (pH)² + 116.49 × ([NOM]) − 14.317 × (pH) × ([NOM]) + 6007.2) was developed. In a validation study with natural waters the predicted 48 h-E_rC20 was a factor 1.08-2.57 lower compared to the experimental values.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

植物对纳米颗粒的吸收、转运及毒性效应

随着工程纳米颗粒的广泛使用,这些纳米材料不可避免地进入环境,对环境造成未知影响.植物是高等生物暴露于纳米颗粒的一条主要途径,工程纳米颗粒可能通过食物链使其在高营养水平生物中积累.植物与纳米颗粒间的相互作用应该受到关注和重视.已有的文献表明纳米颗粒能被植物选择性地吸收并引起植物毒性,但纳米颗粒进入植物体内的机制仍不明确.多数关于植物吸收纳米颗粒的研究是在理想条件如水培实验下开展,并且集中在植物的种子发芽或是幼苗生长阶段.描述纳米颗粒在植物体内的生物转化和在植物体内分配的报道较少,而且这方面的机制没有阐述清楚.目前有许多研究者关注纳米颗粒的植物毒性效应,但这方面的研究需要进一步深入.     

有序介孔碳载金/L-赖氨酸/纳米金修饰电极的制备及其对邻苯二酚、对苯二酚的检测响应研究

通过化学还原的方法合成有序介孔碳负载纳米金粒子,并构筑有序介孔碳载金/L-赖氨酸/纳米金复合膜修饰玻碳电极;利用扫描电镜观察介孔碳和介孔碳复合膜的微观结构,并用循环伏安法、电化学阻抗谱表征自组装电极的过程.在此基础上用差分脉冲伏安法研究对苯二酚和邻苯二酚混合物在该电极上的电催化氧化,研制了一种基于有序介孔碳载金/L-赖氨酸/纳米金复合膜修饰电极分别检测对苯二酚和邻苯二酚的传感器.在最优的实验条件下,该传感器在对苯二酚和邻苯二酚浓度为1×10-6～8×10-4mol·L-1的范围内具有良好的线性关系,检出限分别为3×10-7mol·L-1、7×10-7mol·L-1.     

Photocatalytic activity of TiO2 containing anatase nanoparticles and rutile nanoflower structure consisting of nanorods

A series of TiO2 with different crystal phases and morphologies was synthesized via a facile hydrothermal process using titanium nbutoxide and concentrated hydrochloric acid as raw materials. The photocatalytic activity of the samples was evaluated by degradation of Methyl Orange in aqueous solution under UV-Visible light irradiation. On the basis of detailed analysis of the characterizing results of high-resolution transmission electron microscopy, X-ray powder diffraction measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and Brunauer-Emmett-Teller measurement, it was concluded that the photo-activity of the catalyst is related directly to the 3D morphology and the crystal phase composition. An excellent catalyst should have both a futile 3D flower-like structure and anatase granulous particles. The 3D flower-like structure could enhance light harvesting, as well as the transfer of reactant molecules from bulk solution to the reactive sites on TiO2. In addition, the optimum anatase/rutile phase ratio was found to be 80：20, which is beneficial to the effective separation of the photogenerated electron-hole pairs.     

Enhanced photocatalytic activity of quantum-dot-sensitized one-dimensionally-ordered ZnO nanorod photocatalyst

An efficient photocatalyst was fabricated by assembling quantum dots （QDs） onto one-dimensionally-ordered ZnO nanorods, and the photocatalytic properties for Methyl Orange degradation were investigated by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, UV-Vis-NIR absorption spectroscopy and photoluminescence. The results indicate that the catalyst with assembled QDs is more favorable for the degradation than the pristine ZnO nanorods. The QDs with core-shell structure lower the photocatalytic ability due to the higher carder transport barrier of the ZnS shell layer. Besides its degradation efficiency, the photocatalyst has several advantages given that the one-dimensionally-ordered ZnO nanorods have been grown directly on indium tin oxide substrates. The article provides a new method to design an effective and easily recyclable photocatalyst.     

新型磁性聚谷氨酸吸附剂对水中Pb2+的吸附去除

德岛大学安澤幹人首次利用γ-PGA在Fe3O4磁性纳米颗粒上进行涂层,制得了γ-聚谷氨酸-Fe3O4磁性纳米颗粒（PG-M）.本实验利用透射电镜以及扫描电镜对PG-M吸附剂的形貌进行了分析,发现PG-M与未涂层的Fe3 O4具有相似的形状以及大小,均为不规则的层状结构,且晶粒直径在120～320 nm之间;实验中针对性地对水溶液中Pb2＋进行了吸附探讨.在振荡实验中,通过主要参数的变化（pH值、吸附时间、竞争离子浓度、腐殖酸浓度）,得到如下结果：吸附最佳pH值为7.0;吸附量随着吸附时间的延长而增长,吸附平衡时间为45 min;Na＋对PG-M去除Pb2＋没有很强的干扰性,而Ca2＋则显示出一定的干扰作用;腐殖酸对吸附效果的影响是复杂的,表现为先增强吸附效果,随后降低吸附效果;最佳条件时Pb2＋的最大吸附量为93.3 mg/g.PG-M对Pb2＋的吸附均能较好地符合Freundlich和Langmuir等温吸附模型,其中Langmuir方程能更好地描述PG-M的吸附特征,说明PG-M在水溶液中对金属离子的吸附为单分子层吸附.PG-M吸附符合准二级动力学模型（r2〉0.99）.不同浓度的HCl和HNO3溶液的再生实验发现,0.1 mol/L的HCl溶液作为吸附再生液,可取得较好的再生效果.表明PG-M是可再生的,具有较好的经济性和可持续性.     

纳米材料对斑马鱼的氧化损伤及应激效应研究

以斑马鱼(Daniorerio)为受试动物,研究了纳米及常规TiO2、ZnO悬浮液对其鳃、消化道及肝脏的氧化损伤及应激效应,同时对纳米及常规TiO2、ZnO悬浮液中的颗粒形貌特征及·OH生成量进行了测定.结果发现,虽然纳米TiO2、ZnO颗粒与其常规颗粒在溶液中的粒径分布接近,但50mg/L纳米TiO2、ZnO悬浮液中·OH产生量(96h光照下,分别为2.17mmol/L、0.72mmol/L)远远高于50mg/L常规颗粒(未检测到).50mg/L纳米TiO2处理下,斑马鱼肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、还原型谷胱甘肽(GSH)、蛋白质羰基含量分别为对照的70.2%、65.4%、53%、178.1%;消化道中SOD活性及GSH、丙二醛(MDA)含量分别为对照的149.6%、212.9%、217.2%;鳃中MDA含量为对照的160.9%.而50mg/L常规TiO2悬浮液对斑马鱼没有产生毒理效应.5mg/L纳米及常规ZnO对斑马鱼肝脏的氧化伤害最强,其中5mg/L纳米ZnO处理组中SOD、CAT活性及GSH、MDA含量分别为对照的62.9%、53.1%、45.2%、204.2%,5mg/L常规ZnO处理组中SOD、CAT活性及GSH、MDA含量分别为对照组48.3%、51.8%、34.6%、289.6%;虽然斑马鱼鳃及消化道也受到明显氧化应激效应(p0.05),但并没有受到氧化损伤.研究表明,团聚作用对不同化学组成纳米颗粒的毒性影响程度不同;且不同化学组成纳米颗粒在生物体内可能通过不同机制产生了不同种类的ROS,从而对不同细胞组分产生的氧化损伤及应激效应是其重要的毒理机制.     

不同磷水平下丛枝菌根真菌对纳米氧化锌生物效应的影响

纳米ZnO颗粒是应用最为广泛金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,对作物和土壤微生物的影响值得关注.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体,对各种环境胁迫具有一定的抵御能力,但菌根效应受土壤和植物磷含量的影响.分别设置0、20、50、100 mg·kg~(-1)这4个磷水平,在接种或不接种AM真菌Funneliformis mosseae、添加或不添加纳米ZnO(500 mg·kg~(-1))条件下在温室中利用玉米进行土壤盆栽试验.结果表明,纳米ZnO没有显著影响玉米生长,但不利于菌根侵染和磷素吸收,并引起锌在植物体内的积累.纳米ZnO和高磷降低玉米菌根侵染,但AM真菌在所有磷水平下均显著促进植物生长.施磷和接菌均可使土壤p H升高、降低纳米ZnO源锌的生物有效性,从而降低锌向玉米地上部分的转运和积累,体现出一定保护作用.接菌在多数情况下显示出积极的菌根效应,尤其在低磷、添加纳米ZnO条件下更为显著.结果首次表明,AM真菌、磷肥均有助于减轻纳米ZnO引起的土壤污染及其所产生的生态和健康风险.