基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响研究进展

纳米金属氧化物的大量生产和广泛应用使其不可避免地进入环境中,土壤是其释放到环境中主要的汇。纳米颗粒由于尺寸效应,具有许多独特的物理化学性质,其进入环境后潜在的生态和健康风险问题日益受到研究者的关注。土壤酶是土壤生物化学过程的主要参与者,也是生态系统物质循环和能量流动过程中最活跃的生物活性物质。土壤酶活性的变化能反映土壤中生化反应的情况,可作为评价土壤中纳米材料污染状况的生物学指标。本文较系统地回顾和总结了纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响及可能的影响途径,探讨了纳米金属氧化物作用于土壤酶的主要影响途径,并展望了未来研究主要发展方向。     

外源铅污染对紫色土中微生物酶活性的影响研究

以森林和耕地紫色土为研究对象,研究了外源铅在6种不同浓度水平下对土壤微生物酶活性的影响。结果表明:(1)森林土壤中微生物酶活性总体较耕地土壤高。(2)在连续培养56d后,森林土壤中除亮氨酸氨基肽酶(LAP)外其余4种酶活性与铅外源添加量和有效态铅呈显著或极显著正相关,外源铅污染促进了林地中C和P的矿化循环过程;耕地土中酸性磷酸酶(ACP)、β-葡萄糖苷酶、LAP活性与铅外源添加量和有效态铅呈显著或极显著负相关,在铅质量浓度≥250mg/kg时ACP基本失活,铅质量浓度达1 000mg/kg时,LAP抑制率为95.8%,外源铅污染抑制了耕地中养分元素的矿化循环过程。     

生物炭及其复合材料在土壤污染修复中的应用研究进展

人类活动产生的重金属与农药残留的有机污染物在土壤中的积累致使土壤遭受严重污染,引发了一系列生态问题。生物炭及其复合材料因其独特的表面结构使其可通过物理或化学等作用吸附土壤中的污染物,限制其在生态系统中的迁移与传递过程,进而改善土壤理化性质,因此生物炭在土壤污染治理方面的应用研究越来越多地引起关注,但多数研究局限于实验室水平。文章对近年来生物炭及其复合材料在自然土壤环境中的应用的相关研究进行了整理,从重金属与有机污染物两个方面切入,阐述了不同生物炭材料在污染土壤中对两类污染物的作用机理;介绍了生物炭的改性和复合方法及其应用优势,同时对生物炭材料在污染土壤修复中的研究重点进行了展望。复合材料可以显著增强生物炭对污染物的吸附性能。从吸附机理上看,生物炭及其复合材料对重金属污染多以静电作用、离子交换作用、表面官能团作用为主;对有机污染物则主要以分配作用、吸附作用、孔隙填充为主,但在实际应用过程中,这些机理往往共同发挥作用,只是贡献程度不同。另外,生物炭及其复合材料也可通过提高土壤质量间接增强土壤对污染物的抗性等。虽然纳米材料能够增强生物炭的性能,但其对土壤中微生物的毒性机理尚不完全清楚。综上所述,生物炭及其复合材料在自然土壤环境中的应用能显著降低污染物的毒性,但新型生物炭复合材料的作用机理有待进一步的研究和论证。     

纳米Cu0@Fe3O4活化PMS降解对-硝基苯酚的协同反应机制

为解决纳米Cu⁰活化过硫酸盐体系主要依赖浸出铜离子参与均相反应且适应pH范围窄（<7）的缺陷,本研究采用共沉淀法制备了纳米Cu⁰@Fe₃O₄催化剂,以对-硝基苯酚（PNP）为目标污染物,较系统地考察了Cu⁰@Fe₃O₄活化PMS的性能和降解PNP的反应机制.结果表明：① pH=5.65、200 mg ·L^-1 Cu⁰@Fe₃O₄和0.5 mmol ·L^-1 PMS在60 min内对5 mg ·L^-1 PNP的降解率可达到96%;②在Cu⁰@Fe₃O₄/PMS体系中,总铜离子（TCu）和总亚铜离子（TCu⁺）以及铁离子浸出几乎可以忽略,可认为是非均相反应体系;③通过包覆Fe₃O₄成功改变了Cu⁰活化PMS降解PNP的反应途径,在5~9的pH范围内都具有良好的降解性能;④反应体系中存在SO^-₄ ·和HO ·两种活性自由基,对反应体系的贡献率分别为34%和60%,HO ·是主导自由基;⑤体系中Fe和Cu之间存在双金属协同作用,Cu（Ⅰ）的存在能够促进Fe（Ⅲ）还原为Fe（Ⅱ）,从而形成良好的氧化还原循环,提高了反应体系的持久性.