光照、硫化和浓度效应对水环境中胞外聚合物与银离子相互作用的影响机制

本文研究了紫外光照、银离子浓度和硫化反应对水环境中胞外聚合物(EPS:用海藻酸钠模拟)与银离子交互作用的影响.紫外-可见吸收光谱结果显示,在无硫有紫外光照的条件下,EPS先把银离子转化为零价纳米银,纳米银继而聚凝生成银沉淀.银离子的初始浓度会影响生成的纳米银的稳定性,失稳速度依次为初始浓度4 mmol·L~(-1)8 mmol·L~(-1)2 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1).高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图表明,在有硫有紫外光照条件下,硫化反应和EPS共同作用使银离子生成硫化银和零价银两种纳米颗粒.初始银离子浓度较低(2 mmol·L~(-1)和4 mmol·L~(-1))时硫化反应有助于纳米银保持较好的稳定性;而初始银离子浓度较高(8 mmol·L~(-1))时,硫化反应会降低纳米银的稳定性.在无硫无紫外光照的条件下,EPS未能使银离子转化为纳米银,说明遮光条件会抑制EPS对银离子的还原效率.而在有硫条件下,即使遮光,银离子也会在硫离子和EPS的交互作用下转化为纳米银和纳米硫化银(除了银离子浓度为1 mmol·L~(-1)的样品).这表明硫化过程即使在黑暗环境中也能使银离子转化为纳米银.细菌可以通过胞外聚合物与银离子的相互作用,来抵御银对细胞的生态毒性.在黑暗的地下水环境中,EPS的还原能力弱于有光照的地表水(湖泊河流)环境,细菌更容易受到银的抑制;但地下水中若存在硫化物,硫化反应可以协助细菌的胞外聚合物将银离子转化为颗粒态甚至使其沉淀,从而增强EPS对细菌的保护效果.     

纳米银的植物毒性研究进展

纳米银因其具备良好的催化、超导性能及杀菌消毒活性,广泛应用于食品加工业及医药等领域,是目前市场上最为常见的金属纳米材料。纳米银的大量生产和应用大大增加了其向环境释放的机会,同时也增加了其对环境及人类健康的潜在风险。植物是生态系统中重要组成部分,纳米银可通过植物积累进入食物链,因此对纳米银的植物毒理学研究尤为重要。纳米银的植物毒性与其被植物体吸收、迁移及转化有关。它可影响植物种子的萌发、苗期的生理生化过程和细胞结构等营养生长,也影响植物的开花、结实等生殖过程,并影响DNA的稳定性。但目前纳米银的毒性是否由银离子引起尚未确定。     

欧盟科学委员会评估纳米银健康影响

正2013年12月16日欧盟委员会的新出现及新确定健康风险科学委员会(Scenihr)发布了一份关于纳米银的安全、健康和环境影响及其在抗菌药物耐药性方面的角色的初步意见。该意见旨在评估纳米银的使用,尤其是在医疗护理和消费品中的使用,是否可能相比银的传统使用导致任何额外风险。银在医疗护理产品中被广泛用于卫生用途。不过,Scenihr指出,由于它们以众多不同品牌销     

纳米银的迁移转化对环境微生物毒性的影响

纳米银(AgNPs)因其优越的抗菌、导电、催化等性能,被广泛应用于工业领域和日常生活中,成为当前产量和用量最高的纳米材料之一。但纳米银产品在生产、运输、洗涤、侵蚀、废弃的过程中,不可避免地会被释放到自然环境中。在复杂环境因素影响下,纳米银本身的赋存状态发生转化,并对生态环境构成严重威胁。因此,探究纳米银在环境中的迁移转化过程及其对生态环境的潜在风险成为相关领域的研究热点。针对纳米银研究现状中存在的不足,综述了天然有机质、pH值、溶解氧、离子强度、光照等环境因素对纳米银迁移转化行为以及其对微生物毒性效应的影响,并进一步深入探讨了纳米银的毒理机制,旨在为纳米银的环境行为特征研究以及风险评估提供理论基础。     

纳米银在多孔介质中的迁移过程与机制研究进展

纳米银(AgNPs)作为消费品中最常用的人工纳米材料,由于其优异的抗菌性能,在织物、医疗设备和食品及饮料包装中广泛使用.AgNPs可通过大气沉降、地表水径流、污水灌溉和生物污泥的土地施用等多种途径进入土壤等多孔介质,甚至进入地下水.AgNPs进入环境后可在动物和植物体内累积并产生毒性效应,对生态环境构成危害.因此,全面了解AgNPs在土壤等多孔介质中的迁移过程对正确评估其环境归趋和生态效应具有重要的理论和现实意义.本文针对近年来已发表的不同表面稳定剂、环境有机质、土壤矿物及微生物等对AgNPs性质及在多孔介质中迁移过程中产生的影响进行了全面的总结,并就目前研究中存在的问题和后续研究的发展方向进行了展望.     

纳米Ag粒子在我国主要类型土壤中的迁移转化过程与环境效应

随着纳米技术的快速发展,纳米材料进入环境并不断累积,因此开展纳米材料的环境安全性研究具有重要意义.纳米银(Ag NP)是目前应用最广泛的人工纳米材料之一.本课题组拟以Ag NP为研究对象,系统研究其在我国主要类型土壤中的迁移、转化过程及其生态环境效应;基于同步辐射技术、同位素技术和量子化学计算等方法,揭示Ag NP与土壤中主要矿物或有机质之间的相互作用规律;探明Ag NP对土壤中微生物、动物和植物的致毒过程及其作用机制;发展Ag NP在土壤中迁移的数学模型,预测其在土壤中的迁移、滞留通量进而评价其淋溶风险,为Ag NP的安全利用提供重要理论基础和技术支撑.     

通讯

纳米银通过结合RNA聚合酶抑制红系前体细胞RNA的转录由于其广谱的抗菌活性,纳米银在日常生活和医药卫生中得到广泛的应用.纳米银的大量生产和使用将导致其在生产、运输、使用和排放等环节释放入环境,其潜在的环境与健康风险已日益受到关注.研究发现,纳米银可以引发呼吸系统(肺)、消化系统(肝脏)、神经系统(神经元)和生殖系统的组织损伤.然而,目前对纳米银毒性效应的分子作用机制尚待深入研究.     

纳米银对鱼类的毒性效应研究进展

纳米银作为一种新兴的纳米材料,由于其独特的抗菌性能而被广泛应用于各种商业化产品中。广泛的应用增加了它进入环境尤其是水环境的机率,从而对鱼类等水生生物产生潜在毒性效应。因此,近年来陆续开展了关于纳米银对鱼类的毒理学研究。本文根据国内外文献查阅及分析,综述了纳米银的制备、特性、应用、释放情况以及近几年来纳米银对鱼类的毒理学研究进展,对今后进一步开展相关研究工作提供参考。     

银在活性炭上的吸附行为和机理的研究

本文研究了银在活性炭上的吸附行为，探讨了影响吸附效率的各种因素。考察了多种溶液对吸附银的洗脱效果，发现银在活性炭上的吸附不是还原吸附，而是以离子形成与活性炭表面的－ＮＨ２和＝ＮＨ形成络合物而被吸附。     

纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及相关机制研究

抗生素的滥用导致细菌耐药问题日益严重,人类迫切需要开发出新的抗菌药物以减少细菌耐药问题。基于纳米银制备而成的纳米银复合材料在兼顾纳米银抗菌性能的同时不仅能够克服单一纳米银释放速度快、不稳定等缺点,还能缓解细菌耐药的问题,因此被认为是一类具有广泛应用前景的新型抗菌剂。已有研究表明,单一纳米银与某些抗生素的联合使用可以达到协同抗菌效果,但目前尚缺乏对纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及机制的研究。本文首先制备出3种不同结构的纳米银复合材料,包括二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(SiO_2-PD-AgNPs)、纳米银@二氧化硅复合材料(AgNPs@SiO_2)和纳米银@二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs)。随后测定了纳米银复合材料对大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis, B. subtilis)的单一毒性效应。结果显示,AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs复合材料对2种菌的单一毒性均大于其余2种纳米银复合材料。因此,笔者以AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs作为代表,测定了纳米银复合材料与硫酸卡那霉素(kanamycin sulfate, KS)/盐酸土霉素(oxytetracycline hydrochloride, OH)的二元联合抗菌性能,发现AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs与KS联合可以对E. coli产生协同效应。协同效应产生的主要原因可能是:AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs释放出的纳米银会和KS发生键合反应生成KS-纳米银复合物,导致纳米银释放出大量的Ag+增加了细胞膜的通透性,从而使得进入细菌内的Ag~+和KS比单独作用时进入胞内的抗菌剂增多,产生更强的抗菌性能,从而表现出协同抗菌效应。本研究基于新型纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能实验探究了纳米银复合材料与特定抗生素联合用药的最佳组合和相关机制,为今后开发新型抗菌材料提供了新思路并为相关联合用药提供参考。     

四溴双酚A的光转化过程及机理

四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A,简称TBBPA)作为目前使用最广泛的溴系阻燃剂,通过生产、使用、处置等环节进入到环境中,并通过环境降解过程转化为新型的有机污染物,产生未知环境风险.光转化是环境中有机污染物降解的主要方式之一,转化效率高、速度快.本文综述了TBBPA及其衍生物在光照条件下的模拟环境光转化和光催化过程及机理. TBBPA及其衍生物在光辐射条件下易发生转化,转化效率和速率受到pH、初始浓度、溶解氧等环境条件的影响,光催化剂会显著提升TBBPA的转化速率. TBBPA的光转化机理包括脱溴、β-断裂、羟基化等,产物主要包括三溴双酚A、二溴双酚A、4-异丙烯基-2,6-二溴苯酚、2,6-二溴苯酚、羟基化三溴双酚A等.相较于TBBPA,针对TBBPA衍生物的光降解过程和机理尚不明晰,未来需要进一步对TBBPA及衍生物光转化过程进行研究,为其迁移转化过程的机理和相关未知污染物的监控提供理论支持,为综合评估TBBPA类溴代阻燃剂的环境风险提供科学依据.     

碳纳米材料在环境中的转化

碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯.随着碳纳米材料的研究和应用范围不断扩大,其对环境的影响和在环境中的行为也逐渐受到关注,而在环境中的转化是环境行为的一个重要方面.首先,环境转化会改变碳纳米材料的性质,从而影响其它行为如聚集沉降和生态毒性.同时,作为一种以碳为骨架的材料,能否被自然界转化、从而进入碳循环是评价碳纳米材料长期环境影响的必要信息.因此,本文重点总结了碳纳米材料在自然环境条件和水处理条件下可能发生的生物或非生物转化,并分析影响碳纳米材料转化的因素,和转化过程对其环境行为的影响.     

有机磷酸酯在植物体内的吸收、积累、迁移与转化研究进展

有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)在各类环境介质中被频繁检出,且对生态系统和人体健康存在潜在危害,其环境归趋已成为环境科学领域的热点问题.植物作为陆生食物链的重要环节,也是污染物的重要存储体之一,关于植物体吸收、积累OPEs及其在植物体内迁移转化的研究,对明确OPEs的环境行为、评价其生态风险以及科学使用和管理具有重要意义.本文就近年来关于OPEs在植物体内归趋的研究进行汇总,综述了植物吸收OPEs的主要方式、积累以及OPEs在植物体内的迁移与转化行为及其影响因素,并展望了未来研究趋势和发展方向. OPEs主要通过被动扩散被根系吸收;辛醇-水分配系数(octanol-water partition coefficient,K_ow)是影响植物吸收、积累和迁移OPEs的关键因素,植物根系对lg K_ow值为3.5—9.5间的OPEs吸收速率更快;lg K_ow<3的OPEs更易通过植物木质部和韧皮部进行运输. OPEs在植物中的吸收、积累和迁移还受植物根系的蛋白质、脂质含量以及蒸腾能力等生...     

含银掺氮碳材料在饮用水体系的抑菌作用

以对苯二胺和乙二醛反应生成的一种希夫碱碳氮聚合物为基材,添加Ag NO3,使Ag+与该聚合物中N原子配位形成一种复合材料,此材料高温碳化形成了一种新的含银掺氮碳材料.X射线衍射(XRD)结果显示了该复合材料中单质纳米银的存在;透射电子显微镜(TEM)显示有纳米银线的存在;傅立叶红外波谱(FTIR)证实此碳材料中—NH2、C—C、CC及CN随着温度升高而降低,银在800℃以上时被原位还原为银单质;X射线光电子能谱(XPS)表明材料中存在氮和银,银和氮有一定相互作用.该碳材料应用于饮用水,研究其对大肠杆菌(E.coil)的抑菌性能.发现希夫碱与Ag的物质的量之比为1∶0.8,材料的炭化温度为800℃时,此材料可具有1.54-log以上的对数去除率.实际水样的应用抑菌测试也显示出令人满意的抑菌效果,而且抗银流失性能满足国家饮用水标准GB5749-2006.     

植物对卤代有机污染物吸收、迁移和代谢的研究进展

卤代有机污染物(Halogenated organic pollutants,HOPs)在环境中具有持久性、长距离迁移性、生物积累性和潜在的生物毒性等特点,HOPs所引起的环境问题已成为全球环境科学研究热点。植物是环境介质中各种污染物的重要存储体,也是各类污染物进入陆生食物链的重要途径。研究植物对HOPs的吸收、传输与转化特征,对明确HOPs的环境行为、生态风险评价及植物修复等都具有重要的意义。文章在总结了近年来国内外关于植物对HOPs累积研究的基础上,综述了植物对大气、土壤和水体中HOPs的吸收和传输特征、HOPs在植物体内的迁移特征和代谢转化途径,分析了影响HOPs在植物中的积累、传递、降解与转化行为的主要因素。研究表明,辛醇-空气分配系数(Octanol-air partition coefficient,KOA)和辛醇-水分配系数(Octanol-water partition coefficient,Kow)是影响植物吸收HOPs的关键因素,当化合物的log Kow值在6~8的范围内时,植物根系对HOPs的根系富集因子(Root concentration factors,RCFs)较高;植物体内的脂质含量、化合物的理化性质和环境介质的差异是影响HOPs在植物体内传输的重要因素;脱卤代原子是植物降解HOPs的主要途径,而甲氧基化和羟基化是HOPs在植物体内转化的主要模式,具有还原脱卤酶基因的土壤细菌和植物体内的硝酸还原酶(Na R)与谷胱甘肽硫转移酶(GST)能有效促进植物对HOPs的降解代谢。这些研究虽然都取得了一定的进展,但关于植物对HOPs积累迁移与代谢转化的研究仍处于起步阶段,文章就新型HOPs在植物体内积累、传输与代谢机制及采用植物修复技术降低HOPs的环境毒性等方面进行了讨论和展望。     

水、土环境中的锑(Sb)污染及其对植物和微生物的生态毒理效应研究进展

由于过去几十年锑(Sb)矿山开发和各行各业对Sb的广泛使用,水土环境中的Sb污染日益严重.简要回顾十几年来土壤、水体中Sb的污染途径、污染程度、环境行为、在植物和微生物中的积累特征及其生态毒理效应等方面的研究进展.植物对Sb的吸收和积累量随植物种属和污染场所差别很大,Sb从植物地下组织到地上组织的转移系数也随植物种属差别很大.Sb在自然水环境中多以Sb(III)和Sb(V)两种氧化态存在并受水环境的氧化还原条件影响.Sb在水环境微生物中积累的报道几乎全部是关于藻类的,藻类吸收Sb的机理及其在细胞中的分布特征还不是很清楚.关于Sb对植物和微生物的生态毒理效应也还知之甚少.目前对Sb在环境的行为和在大气圈、水圈、土壤圈及各圈层界面之间的迁移转化(尤其是全球尺度的迁移)、Sb对植物和微生物的生态毒理效应的分子生物学机制等诸多方面都有待深入研究.     

农田土壤微塑料污染及其对植物的影响研究进展

微塑料(microplastics, MPs)是一种新型环境污染物,不仅危害海洋生态系统,也广泛存在于陆地生态系统,可以通过土壤进入植物体,进而危害人类健康。该文系统综述了农田环境中MPs的研究进展及未来方向。详细介绍了国内外土壤中MPs的形态、来源、积累过程及MPs对土壤结构和功能的影响;重点阐述了MPs对生物、植物的生态影响以及MPs和金属镉复合污染对植物的影响;并展望了农田环境中的MPs研究的未来方向及重点,以期为全面了解农田中MPs研究现状及未来研究提供信息和科学指导。     

根际环境与土壤污染的植物修复研究进展

土壤污染的植物修复通常与植物根际微生物紧密相关。根际微生物群落变化与土壤污染物在根际环境中的动态，可能是对土壤污染成功进行植物修复的基本过程。可见根际环境在土壤污染的植物修复中具有明显的重要作用。文章介绍了有关重金属在根际环境中的动态、有机污染物在根际环境中的降解转化、土壤重金属污染与土壤有机污染的植物修复研究进展。     

碘代X射线造影剂的环境浓度、分析方法与毒性评估研究进展

碘代X射线造影剂(ICMs)是使用最广泛的血管内药物,近年来在水生环境中频繁检出.由于其高稳定性、高极性和持久性,ICMs会在水生环境中持续存在并且难以被降解.在水生环境中会与消毒剂、天然有机物结合生成具有毒性的消毒副产物(DBPs),由于其本身毒性以及转化产物DBPs的毒性增强了环境健康风险,进而引发了人们的密切关注.本文介绍了ICMs的环境浓度、分析方法以及毒性风险.重点描述了ICMs的前处理技术、检测方法及ICMs毒性评价现状,并展望了以后ICMs毒性的研究方向.     

新污染物有机磷酸酯生物地球化学过程的研究进展

有机磷酸酯(organopho sphate esters,OPEs)作为阻燃剂和增塑剂广泛应用于建筑材料和电子产品等材料,随着生产和使用量的增加,导致其普遍存在于各种环境介质中.作为一类新污染物,OPEs的环境行为及归趋引起了越来越多环境学者的关注.本文系统阐述了OPEs在环境中可能发生的物理、化学和生物过程.现有研究表明:(1)OPEs自身理化性质和结构(疏水性和π-π效应)是影响其迁移转化过程的重要因素;(2)复杂的介质环境(温度、pH值、溶解性有机质、氧化活性物种等)能够影响OPEs的大气传输/沉降、吸附/解吸、水解、光解、生物富集和植物吸收等过程;(3)OPEs在迁移转化中能生成二酯或单酯类产物(化学键断裂)、羟基化产物、甲氧基化产物以及其他小分子化合物等.针对目前的研究现状建议未来可重点关注OPEs在小型生态系统中多介质中的迁移转化过程与机制以及在迁移转化过程中生成产物的理化特性与生物效应等.