纳米颗粒在水环境中的团聚行为和毒性效应研究

随着纳米技术的快速发展,纳米颗粒以其特殊的物理化学性质在生产及生活的各个领域中被广泛使用。纳米颗粒具有较高的表面活性,会与环境中的物质发生相互作用造成表面结构的改变,从而对环境产生诸多影响。因此,纳米颗粒带来的健康风险及可能造成的环境危害,逐渐受到人们的关注。通过概述纳米颗粒的来源及性质,列举了几类应用较广的纳米颗粒的最新研究进展,总结了纳米颗粒在水环境中团聚的影响因素包括内部因素和外部环境因素,归纳了毒性效应及其检测技术,并探讨了纳米颗粒环境行为和毒性效应研究存在的问题。     

水环境中典型纳米颗粒对菲的吸附特征

以典型三环多环芳烃菲为代表,选取11种典型纳米颗粒对水中不同浓度的菲进行吸附实验,探究水体中的纳米颗粒对菲的吸附特征.结果表明,Freundlich模型对所有样品的拟合结果最好.logKFr值显示,有机膨润土及3种炭黑对菲的吸附作用最强,且远远大于其他纳米颗粒.有机膨润土对菲的吸附表现为线性吸附(n=1.08),而3种炭黑均表现出显著的非线性特征(n＜0.5),且非线性特征随吸附能力的增强而增强,其他几种纳米颗粒均表现出非线性吸附特征(n＜0.9).水中所有的纳米颗粒在与菲作用的过程中,吸附的强弱与颗粒表面电位、粒径及比表面积均无显著相关性,即对于所有纳米颗粒来说,这几种性质并不是决定吸附作用的最主要因素,而吸附剂的化学组成及结构特性可能是引起吸附作用差异的主要原因.     

天然水体中多壁纳米碳管对纳米氧化锌颗粒团聚与沉降行为的影响

研究了淡水湖泊水体中氧化多壁纳米碳管(Oxidized-multiwalled carbon nanotubes,o-MWCNTs)对纳米氧化锌(ZnO nanoparticles,nZnO)颗粒团聚与沉降行为的影响,探讨了天然胶体及o-MWCNTs的浓度对nZnO颗粒团聚粒径、团聚速率及沉降行为的作用.结果表明,nZnO在天然水体中会发生明显沉降,相比去除天然胶体的天然水而言,天然胶体的存在显著减少了nZnO的沉降.这主要归因于nZnO-天然胶体颗粒间的作用能垒高于nZnO-nZnO颗粒间的作用能垒,使得天然胶体的存在降低了nZnO-nZnO之间的颗粒碰撞效率,从而促进nZnO悬浮.o-MWCNTs对nZnO在天然水体中沉降行为的影响与天然胶体密切相关.相比于nZnO的单独沉降,在不过膜天然水中(含天然胶体),低浓度o-MWCNTs的存在增加了颗粒间的团聚速率,从而促进nZnO的沉降,而高浓度o-MWCNTs降低了颗粒间的团聚速率和团聚体粒径,从而降低了nZnO的沉降.而在过膜天然水中(不含天然胶体),o-MWCNTs的存在显著降低了颗粒间的团聚粒径和团聚速率,从而降低了nZnO的沉降,且o-MWCNTs的浓度越高,对nZnO悬浮稳定性的促进作用越明显.     

水体组分对聚苯乙烯纳米颗粒聚沉行为的影响

微/纳米塑料在环境水体中的团聚和沉降行为是影响其迁移和分布的重要因素.以聚苯乙烯纳米颗粒（PS-NPs）为对象,研究了Na⁺和天然有机质（NOM）两种典型水体组分对其团聚粒径和沉降性能的影响规律,分析了海水、湖水和生活污水等6种水体中团聚、沉降效果及潜在影响因子.结果表明,c（Na⁺） < 80 mmol·L^-1时有利于PS-NPs沉降;反之,则促进其团聚和悬浮.NOM可借助Na⁺在颗粒表面形成多层吸附结构,改变颗粒表面电势和相对密度,进而影响PS-NPs团聚和沉降性能.ρ（NOM） > 10 mg·L^-1时可增强PS-NPs分散和悬浮性能,可能归因于大量附着在颗粒表面的NOM降低了PS-NPs相对密度.环境水体较实验室合成水体更能促进颗粒团聚,这可能与环境水体富含氨基酸和蛋白质等大分子有关.     

常规金属离子对Fe3O4磁性纳米颗粒悬浮和沉降的影响

水体中的有机质、无机盐及酸碱度是影响纳米材料迁移转化的主要因素.考察了Na~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Sr~(2+)和Ba~(2+)对Fe_3O_4磁性纳米材料(Magnetic Nanoparticles,MNPs)的沉降作用.结果表明,Fe_3O_4MNPs的沉降作用是水体pH、金属离子化合价、离子强度共同影响的结果.整体上,碱土金属离子较Na~+更能加速Fe_3O_4MNPs的沉降.当pH为5.0时,浓度低于1.0 mmol·L~(-1)的Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)有助于Fe_3O_4MNPs的悬浮;当浓度大于1.0 mmol·L~(-1)时,较强的离子强度促使Fe_3O_4MNPs团聚,发生沉降.当pH为9.0时,碱土金属离子较Na~+更能促使Fe_3O_4MNPs聚沉.因此,纳米颗粒在水体中的扩散和聚沉需要综合考虑金属离子种类和浓度.     

纳米竹炭在无机盐与表面活性剂体系中的沉降特征

以新型碳基纳米材料—纳米竹炭为研究对象,考察其在蒸馏水、无机盐、表面活性剂等体系中的沉降特征。试验发现,蒸馏水体系中纳米竹炭静置68 d后沉降率约为90%,而无机盐体系中不同浓度(2~50 mg/L)的纳米竹炭10 d内则大部分基本沉降完全,说明离子强度对其沉降性能影响较大。纳米竹炭沉降于试管底部,在蒸馏水体系中堆积紧密,在无机盐体系中堆积则相对蓬松。表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,HTAB)的添加能降低纳米竹炭的沉降速率,且随着HTAB浓度增大沉降率越小。但表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度后,对纳米竹炭的分散性能的增强不明显。     

双气体射流作用下燃煤可吸入颗粒团聚研究

大气中的可吸入颗粒物对有机体危害很大,已经成为世界范围内重要的大气污染源。在可吸入颗粒团聚室内引入双射流,通过双气体射流在团聚室内形成大小不同尺度涡旋,促进流场可吸入颗粒团聚。实验结果表明:10μm以下的可吸入颗粒在单射流作用下减少了21.9%,在双射流作用下减少了58.0%。异侧双射流的团聚清除率高于同侧双射流的清除效率,异侧双射流管间距增加更有利于可吸入颗粒的团聚。双射流管出口Re增加,颗粒质量清除率增大;但不同粒径颗粒的单级团聚效率则与粒径密切相关。颗粒的质量清除率随着主气流与射流流量比增大呈现逐渐减小的趋势。     

长春市大气颗粒汞及其干沉降通量

在1999-07～2000-01,监测了长春市5个功能区及一个对照点的大气颗粒汞浓度.非采暖期,市区颗粒汞浓度范围为0.022ng·m^-3～0.398ng·m^-3,平均为0.145 ng·m^-3,对照点平均为0.084ng·m^-3.采暖期,市区颗粒汞浓度范围为0.148ng·m^-3～1.984ng·m^-3,平均为0.461ng·m^-3,对照点平均为0.211ng·m^-3.采暖期颗粒汞浓度平均超出非采暖期2倍以上.燃煤与地面扬尘是大气颗粒汞的2个主要来源.地面扬尘对颗粒汞的贡献约占8%～30%.应用理论模型估算汞的干沉降通量,市区颗粒汞干沉降通量为43.06μg·(m2·a)^-1,对照点为21.28ng·(m²·a)^-1.     

植物修复在水环境生态修复中的应用

植物修复属于目前我国较为绿色环保方式,本文主要阐述了植物修复的概念,分析和讨论了其在水环境生态修复中的实际应用以及出现的问题。     

颗粒尺寸对纳米氧化物环境行为的影响

随着纳米技术迅猛发展,纳米颗粒的环境行为和生态效应越来越受到关注.纳米氧化物作为环境中的重要组成,广泛存在于水体、大气、土壤以及沉积物中,其大比表面积和高表面活性,控制和影响着环境中一些污染物和营养元素的形态、迁移、转化和生物有效性.纳米尺寸是纳米颗粒特有属性,颗粒尺寸大小调控和决定纳米氧化物的结构及物理化学特性,从而在较大程度上影响其与相关元素的界面反应性和环境地球化学行为.综述了纳米氧化物的尺寸对吸附、(还原)溶解、(催化)氧化、聚集和迁移等环境行为的影响,讨论了尺寸效应的作用机制,最后展望了环境中纳米金属氧化物尺寸效应有关的研究热点和方向.     

水中富勒烯(C_(60))纳米颗粒凝聚动力学研究

采用动态光散射技术研究了电解质和天然有机物对水中C60纳米颗粒凝聚动力学的影响。结果表明,电解质存在可使水中C60纳米颗粒的|ζ|减小、粒径增大,促进凝聚的发生。C60纳米颗粒凝聚过程分为反应控制和扩散控制2个阶段,符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论。Na+、K+、Ca2+和Mg2+的临界凝聚浓度分别为321、295、9.6和6.7 mmol/L,远高于其在水环境中的浓度水平;腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中C60纳米颗粒的分散性;表明C60纳米颗粒可稳定存在于典型的水环境中。     

天然有机物和电解质对水中 C60凝聚行为的影响

以富勒烯(C60)纳米颗粒稳定悬浮液为对象,采用动态光散射技术研究了天然有机物和电解质对其在水中凝聚行为的影响.结果表明,采用甲苯溶剂替换法制备的稳定悬浮液中C60浓度为20 mg·L-1左右,表面呈较高的电负性,粒径在120 nm左右,具有较强的稳定性.投加简单电解质可通过压缩双电层机制使其发生凝聚,并符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论.Mg Cl2和Ca Cl2的临界凝聚浓度分别为9.6 mmol·L-1和6.7 mmol·L-1.腐殖酸(humic acid,HA)存在时,投加Na Cl和Mg Cl2可使C60颗粒间有效碰撞概率及凝聚反应速度降低,临界凝聚浓度提高;HA可通过增大C60颗粒间的空间位阻效应,抑制凝聚反应发生,提高其在水中的稳定性.但Ca2+可与HA间发生络合反应,并对C60纳米颗粒产生吸附架桥作用,导致凝聚速度大幅提高,强化凝聚反应发生.水中C60纳米颗粒的凝聚和分散行为将受到有机物性质和电解质种类等复杂因素的影响.     

核壳式磁性碳纳米吸附剂的制备及其对水环境中金霉素的吸附研究

采用水热法和热处理法制备了高比表面积的核壳式磁性碳纳米吸附剂(Fe3C/Fe@C).该吸附剂具有强磁性内核和石墨碳外壳.考察了Fe3C/Fe@C对水环境中金霉素(CTC)的去除能力.结果表明,Fe3C/Fe@C对CTC表现出极强的吸附性能,其吸附行为符合准二级动力学模型,24 h内吸附达到平衡.CTC的吸附能力随溶液pH(3.5～7.5)的增加而增加,但当pH在7.5～8.5时吸附能力下降.CTC的吸附随溶液温度的增加而降低,随离子强度的增加而增加.溶液中共存腐殖酸浓度为10～50mg.L-1时,CTC的吸附仅降低了10%～20%.在最佳条件下(pH=7.5,T=293 K),由Langmuir吸附模型拟合的CTC最大吸附容量为909 mg.g-1,该吸附容量远大于沉积物和矿物对CTC的吸附.吸附CTC后的Fe3C/Fe@C在磁场作用下可以快速从水样中收集,便于进一步处理,避免对环境的二次污染.这些结果表明,Fe3C/Fe@C可作为水环境中四环素类抗生素去除的一种潜在的高效、绿色吸附剂.     

水环境中汞的形态及其分析方法

概述了近年来国内外对水环境中汞的形态、分离富集手段及其测定方法的研究报道。文献表明随着对汞环境化学行为研究的深入 ,汞的形态分析技术在今后依然是极富挑战的课题。     

不同PH条件下赤铁矿纳米粒子的聚集和再分散行为研究

纳米粒子的聚集和再分散行为是影响纳米粒子在环境中归趋的重要因素.选取赤铁矿纳米粒子作为研究对象,用Zeta电位和粒径测定仪系统研究其在不同pH条件下的聚集和再分散过程.结果表明,当pH在7.0～8.7之间时,赤铁矿纳米粒子发生较快的聚集(如当pH为8.2时平均粒径在400s内由31nm增加到1400nm).当pH≤6.3时,赤铁矿纳米粒子几乎不发生聚集.不经老化聚集的赤铁矿纳米粒子均能发生再分散,但是再分散过程并不完全可逆,而是呈现一定的非线性.老化使得更多的赤铁矿纳米粒子发生不可逆的聚集,在等电点处老化后的样品不发生再分散.当pH为7.0和8.9时,老化的样品再分散后的平均粒径(约500nm)大于不老化的样品(约250nm).纳米粒子聚集-再分散过程的非线性对预测其在环境中的存在状态和生态效应带来了大的困难.     

几种水合金属氧化物的磷酸根吸附性能

利用简单的碱沉淀法制备不同的水合金属氧化物,并对所得七种水合金属氧化物的磷酸根吸附等温线进行了系统的探讨比较.研究表明,25℃条件下,Al、Fe、Ni、Cu和Ce的水合金属氧化物对磷酸根的吸附最符合Langmuir线性吸附方程,而水合氧化锌和水合氧化钴吸附剂最符合线性等温线模型.所有这七种水合金属氧化物对磷酸根的吸附都...     

金属氧化物催化剂上吡啶催化燃烧

为了研究催化燃烧法净化挥发性有污染物的可能性,考察了金属氧化物催化剂上吡啶的氧化活性及氧化过程ＮＯｘ控制能力,吡啶氧化产物ＮＯｘ随反应温度升高呈现极大值。催化剂的氧化活性ＮＯｘ控制能力呈正比关系。     

人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.     

全氟辛烷磺酸盐和全氟辛酸在水环境及水生生物体内积累的研究进展

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是全氟化合物中2种最典型的化合物,在不同环境介质(水、土壤、沉积物等)及水生生物体内被广泛检出。PFOS和PFOA具有良好的化学、物理性能,被广泛地运用于工业领域,PFOS和PFOA的污染范围已涉及全球。综述了PFOS和PFOA在水环境体系的污染现状及其在水生生物体内积累特征,探讨影响水生生物积累的主要因素,为全氟化合物污染控制提供基础。