淡水环境中微塑料与重金属的“木马效应”研究进展

微塑料(尺寸<5 mm的塑料)作为全球备受关注的新兴污染物,广泛存在于淡水环境中.微塑料易迁移,难降解,且比表面积大,对重金属等多种污染物有富集作用,大大增加了其对环境和生态的潜在危害.因此,本文首先定义微塑料在淡水环境中携带重金属并共同迁移的特殊环境行为为“木马效应”.随后,从淡水环境中微塑料的来源与分布、微塑料对重金属的富集作用、微塑料与重金属木马效应对其共同迁移行为的影响以及微塑料和重金属木马效应的生物影响这4个方面对淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制进行了总结和阐述.结果表明,作为面源广的污染物,微塑料广泛存在于淡水环境中;淡水环境中微塑料对重金属存在吸附行为,不同环境下对单一重金属吸附程度不同,主要受微塑料、金属和环境等因素共同影响,在多种重金属离子存在时会有竞争吸附;微塑料与重金属的木马效应会影响其共迁移行为;淡水环境中微塑料与重金属的木马效应,往往加剧了其对水生生物的毒性.通过全面了解淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制,可有效降低微塑料与重金属在淡水环境中的生态风险和对人类健康的影响提供借鉴.     

纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化及生物效应研究进展

纳米金属颗粒的安全性是我国纳米产业发展亟需解决的重要课题,认识纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化和生物效应是其安全性研究的重要内容. 本文系统阐述了纳米金属颗粒在土壤中的迁移转化、在植物中的运输过程和机制以及在植物中的生物转化及其对植物的生物学效应,并在此基础上提出未来研究展望. 结果表明:①复杂的土壤环境(pH、离子强度、离子价态、温度、溶解性有机质)能够影响纳米金属颗粒在土壤中的迁移及其形态转化(吸附/解吸、分散/沉降、解离和氧化/还原);②纳米金属颗粒首先吸附在植物的根部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移,由木质部和韧皮部组成的维管系统进行转运;③根际分泌物以及植物体内的蛋白质与有机酸等对纳米金属颗粒在植物中的生物转化起到重要作用;④纳米金属颗粒可以通过引起氧化应激或抑制营养元素吸收对植物产生毒性效应. 为此,提出未来研究展望:建议重点关注纳米金属颗粒在土壤中形态转变过程的耦合效应,以及各赋存形态在植物体内的运输途径、生物转化过程机制及其对植物生物效应的贡献等.      

纳米颗粒污染土壤的健康评价研究进展

纳米颗粒(nanoparticles,NPs)由于其独特的理化性质在农业上已经被广泛用作纳米肥料以及杀虫剂,部分纳米颗粒也不可避免地进入了土壤环境,对土壤造成污染,其在地球各圈层中循环并进入植物及动物体内,最终可能富集于人体并造成危害.根据文献调研,目前国内外的相关研究大多聚焦于纳米颗粒的生物毒性和环境行为方面,其对土壤性质影响的研究尚不完善,现有的土壤健康评价体系也极少考虑纳米颗粒对土壤环境的破坏.而纳米颗粒会影响土壤力学性能以及pH、氧化还原电位、阳离子交换量等化学性质,并对土壤动物及微生物种群结构及代谢组学特性造成较大影响;同时,纳米颗粒也会通过环境地球化学循环在土壤中迁移、转化和积累,故有必要深入探究其对土壤的污染与生态环境的破坏机理.基于目前的土壤评价体系,未来需针对纳米颗粒产生的污染及风险进行系统性评估,选取不依赖于NPs种类的普适性土壤性质指标,并重点将土壤无脊椎动物生理指标及土壤原生动物性质等生物指标纳入评价体系中;此外,也仍需对纳米颗粒造成的长期污染与空间迁移进行探究,同步借助相关仪器对土壤中纳米颗粒的浓度及种类进行评估,并结合机器学习、模型模拟与地理技术完善评估结果...     

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。     

纳米SiO2和纳米高岭土对阿特拉津的吸附

随着纳米材料的广泛应用,其生态环境效应及其在环境中对有机污染物迁移转化过程的影响逐渐引起人们的重视.应用振荡平衡法研究了纳米SiO2 和纳米高岭土对阿特拉津(AT)的吸附,并讨论了离子强度、吸附剂浓度和pH值对吸附过程的影响.结果表明,纳米SiO2 和纳米高岭土对AT的吸附量都随离子强度的增大而减小.在离子强度 0.001～0.1 mol. L-1 范围内,纳米SiO2 吸附 AT 的 Freundlich 系数 (Kf)由25.55降低到18.35,而纳米高岭土则由85.85降至20.57.不同浓度纳米SiO2:对AT吸附量的影响不明显,而随吸附剂浓度的增高,纳米高岭土吸附AT的Kf由5g·L-1,的71.55降低至20g·L-1 的37.22,浓度效应显著.随着溶液碱性的增强,AT在2种纳米吸附剂上的吸附量明显呈下降趋势. AT的存在形态对其在2种纳米颗粒上的吸附起主导作用.     

纳米氧化物降低屎肠球菌对四环素的耐受能力

纳米材料的大量生产和使用使其在环境中广泛存在,其生态环境效应受到广泛关注。在污水处理过程中,纳米材料和另一类新污染物——耐药细菌及其基因充分接触和相互作用,但对纳米材料如何影响耐药细菌的研究却十分有限。该研究考察了4种纳米氧化物(n Ti O₂、n Cu O、n Zn O和n Al₂O₃)对污水中耐四环素屎肠球菌的耐受抗生素能力的影响,并探索了纳米氧化物浓度、粒径和赋存时间等因素的影响机制。结果表明,所有纳米氧化物均造成耐四环素屎肠球菌EC₅₀(四环素的耐受能力)显著下降,其中n Ti O₂(100 mg/L)、n Cu O(100 mg/L)对耐四环素屎肠球菌耐药能力的影响较大,使EC₅₀下降44.1%和41.6%,而n Zn O(10 mg/L)、n Al₂O₃(10 mg/L)使EC₅₀下降较小(36.9%和24.8%);纳米氧化物浓度越高,颗粒粒径越大,在污水中赋存时间越长,对耐四环...     

环境因素对纳米二氧化钛颗粒在水体中沉降性能的影响

纳米二氧化钛进入水体环境后,其存在形态可能受离子强度、pH和溶解性有机质的影响,进而影响其生态风险.因此,本文考察了纳米二氧化钛颗粒在不同环境条件下的沉降性能.结果显示,纳米二氧化钛在水体中聚集程度与体系的pH值有关,pH值偏离颗粒的等电点时,颗粒的表面电位越高,越不容易聚集;水体离子强度的增加可促进纳米颗粒聚集,而水体中广泛存在的溶解性有机质可使纳米二氧化钛颗粒在水中的稳定性增强,这与颗粒表面的扩散双电层和空间位阻的变化有关.通过对不同来源溶解性有机质的结构进行分析发现,溶解性有机质中所含的芳香性结构对颗粒稳定性的影响大于脂肪烃结构.纳米二氧化钛颗粒可在自然水体中迁移,不易沉降,因此,其对水生生态系统的影响不容忽视.     

不同环境条件下水铁矿和针铁矿纳米颗粒稳定性

纳米颗粒的团聚和分散是控制许多重要环境过程的关键因素.本研究通过测定水铁矿纳米颗粒(FHNPs)和针铁矿纳米颗粒(GTNPs)的粒径和Zeta电位,计算DLVO相互作用能,探究了不同pH、离子和有机质条件下两种纳米颗粒的稳定性.结果表明Na~+和Ca~(2+)通过离子强度的作用促进FHNPs和GTNPs团聚;低浓度PO_4~(3-)(2mmol·L~(-1))、HA和FA(2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1))吸附在铁矿物纳米颗粒上,改变其表面电荷,提高FHNPs和GTNPs在中高pH条件下的稳定性.高浓度的PO_4~(3-)(10mmol·L~(-1))虽然也可改变铁矿物纳米颗粒的电性,但由于离子强度的作用,对GTNPs的稳定性贡献不大.FHNPs或GTNPs的Zeta电位接近于0时,其相互作用的一级势垒和次级势阱常常同时不存在,两种纳米颗粒主要以不可逆的方式在一级势阱中团聚;当一级势垒和次级势阱同时存在时,次级势阱造成的可逆FHNPs和GTNPs团聚比例会增大.本研究结果为进一步考察FHNPs和GTNPs的环境行为和它们在负载污染物迁移中的作用提供数据支撑.     

纳米氧化物对藻类致毒性研究进展

纳米技术的迅猛发展及纳米氧化物在化学产品、电子工业、结构材料、农业及制药等领域大量生产和广泛应用,人们开始关注纳米氧化物进入环境带来的潜在风险。本文综述了纳米氧化物对藻类毒性试验所取得的研究成果(包括毒性效应、生理毒性、致毒机理等),以及纳米氧化物在水体中与其他物质发生复合后产生的联合毒性,展望了纳米氧化物毒性效应的研究方向。     

典型纳米金属氧化物对氨氧化菌Nitrosomonas europaea的生物胁迫影响

对比研究了3种典型纳米金属氧化物颗粒(NPs,包括纳米TiO2(n-TiO2),纳米CeO2(n-CeO2)和纳米ZnO(n-ZnO))在不同作用浓度下(0,0.1,1,10,50mg/L)对污水生物脱氮系统中代表性氨氧化菌─ Nitrosomonas europaea连续作用6h的毒性效应及作用规律.结果表明,3种NPs对N.europaea的生物胁迫效应与其投加浓度均呈正相关.其中,50mg/L的n-CeO2, n-ZnO与对照组相比,可显著降低N.europaea细菌浓度,破坏细胞膜完整性,抑制氨氧化速率.相同浓度条件下, n-ZnO对N.europaea的毒性影响最大, n-TiO2影响最小.虽然n-ZnO释放的Zn2+对N.europaea具有明显的毒性效应,但n-ZnO及其产生的尺寸效应仍是其生物胁迫产生的重要来源.     

反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

The combined toxicity and mechanism of multi-walled carbon nanotubes and nano copper oxide toward freshwater algae: Tetradesmus obliquus

Nanoparticles(NPs) are widely used for their special physical properties and released into the natural environment. When two types of NPs exist in the same environment, the presence of one type of NP may affect the properties of the other type of NP. This study investigated the toxic effects of multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) and copper oxide nanoparticles(Cu O NPs) on Tetradesmus obliquus. Both NPs had toxic effects on algae, and the toxic effects of MWCNTs were significantly stronger tha...     

纳米颗粒物对肺表面活性物质界面性质的影响

以纳米二氧化硅、纳米碳粉、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米碳化硅和纳米四氧化三铁等纳米颗粒物(NPs)为代表,研究其对肺表面活性物质(PS)界面性质的影响.结果表明,NPs对PS中的磷脂和蛋白组分均有吸附作用,其中纳米二氧化硅和纳米四氧化三铁分别对磷脂和蛋白组分的吸附能力最强,吸附率为89.3%和82.5%.NPs的存在会导致PS溶液的表面张力升高,这当中纳米二氧化硅的效果最为显著.纳米碳化硅和纳米二氧化硅等颗粒物会引起PS膜的π-A等温线的内缩/外扩,且颗粒物浓度越高,表面压力变化越明显.此外,PS也会对NPs的水合动力学直径和Zeta电位产生影响,导致其分散状态变化.由此可见,NPs可通过改变PS的组成和界面性质而具备危害人体健康的潜力.     

CTAB作用下绿色合成纳米铁的制备及降解孔雀绿

化学合成纳米铁存在成本高和二次污染等问题,探寻低成本、环境友好的合成方法是纳米技术在环境修复中的研究热点之一.本课题组前期采用绿茶提取液(GTE)还原Fe2+合成纳米铁颗粒(Fe NPs),发现GTE合成的Fe NPs易被氧化和团聚.本文采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对绿色合成纳米铁形貌和粒径进行改善,提高了纳米铁颗粒的分散性和抗氧化性.通过SEM、XRD、FT-IR、UV-vis等表征手段对GTE合成的Fe NPs和CTAB作用下合成的Fe NPs的微观结构表征以及对孔雀绿降解效果对比表明:CTAB作用下合成的Fe NPs分散均匀,CTAB的包覆提高了Fe NPs的稳定性,从而提高了Fe NPs的反应活性.GTE合成的Fe NPs对孔雀绿的去除率为75.66%,而CTAB作用下绿色合成的Fe NPs的去除率高达91.06%.最后,提出了CTAB作用下GTE合成Fe NPs的可能机理.     

Understanding the risks of mercury sulfide nanoparticles in the environment: Formation, presence, and environmental behaviors

Mercury (Hg) could be microbially methylated to the bioaccumulative neurotoxin methylmercury (MeHg), raising health concerns. Understanding the methylation of various Hg species is thus critical in predicting the MeHg risk. Among the known Hg species, mercury sulfide (HgS) is the largest Hg reservoir in the lithosphere and has long been considered to be highly inert. However, with advances in the analytical methods of nanoparticles, HgS nanoparticles (HgS NPs) have recently been detected in various environmental matrices or organisms. Furthermore, pioneering laboratory studies have reported the high bioavailability of HgS NPs. The formation, presence, and transformation (e.g., methylation) of HgS NPs are intricately related to several environmental factors, especially dissolved organic matter (DOM). The complexity of the behavior of HgS NPs and the heterogeneity of DOM prevent us from comprehensively understanding and predicting the risk of HgS NPs. To reveal the role of HgS NPs in Hg biogeochemical cycling, research needs should focus on the following aspects: the formation pathways, the presence, and the environmental behaviors of HgS NPs impacted by the dominant influential factor of DOM. We thus summarized the latest progress in these aspects and proposed future research priorities, e.g., developing the detection techniques of HgS NPs and probing HgS NPs in various matrices, further exploring the interactions between DOM and HgS NPs. Besides, as most of the previous studies were conducted in laboratories, our current knowledge should be further refreshed through field observations, which would help to gain better insights into predicting the Hg risks in natural environment.     

Effect of humic acids and sunlight on the cytotoxicity of engineered zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles to a river bacterial assemblage

The effect of a terrestrial humic acid (HA) and Suwannee River HA on the cytotoxicity of engineered zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) and titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) to natural aquatic bacterial assemblages was measured with spread plate counting. The effect of HA (10 and 40 ppm) on the cytotoxicity of ZnONPs and TiO2NPs was tested factorially in the presence and absence of natural sunlight (light irradiation (LI)). The experiment was of full factorial, completely randomized design and the results were analyzed using the General Linear Model in SAS analytical software. The method of least squares means was used to separate the means or combinations of means. We determined the mechanism of toxicity via measurements of oxidative stress and metal ions. The toxicity of ZnONPs and TiO2NPs to natural aquatic bacterial assemblages appears to be concentration dependent. Moreover, the cytotoxicity of ZnONPs and TiO2NPs appeared to be affected by HA concentration, the presence of sunlight irradiation, and the dynamic multiple interactions among these factors. With respect to light versus darkness in the control group, the data indicate that bacterial viability was inhibited more in the light exposure than in the darkness exposure. The same was true in the HA treatment groups. With respect to terrestrial versus Suwanee River HA for a given nanoparticle, in light versus darkness, bacterial viability was more inhibited in the light treatment groups containing the terrestrial HA than in those containing Suwanee River HA. Differences in the extent of reactive oxygen species formation, adsorption/binding of ZnONPs/TiO2NPs by HA, and the levels of free metal ions were speculated to account for the observed cytotoxicity. TEM images indicate the attachment and binding of the tested nanoparticles to natural bacterial assemblages. Besides the individual parameter, significant effects on bacterial viability count were also observed in the following combined treatments: HA-ZnONPs, HA-LI, ZnONPs-LI, and HA-ZnONPs-LI. The main effects of all independent variables, plus interaction effects in all cases were significant with TiO2NPs.     

氧化石墨烯的水环境行为及其生物毒性

氧化石墨烯是一类石墨烯衍生物,性质独特,应用广泛,生产量急剧增加,其环境风险日益引起关注.氧化石墨烯具有高亲水性和表面活性,在水中易分散,易随水流发生迁移转化,可能对水环境和水生生物造成不利影响.因此,明确氧化石墨烯的水环境行为及其生态效应,对于正确理解和评估其环境风险,合理规划其使用和回收具有重要意义.目前,该领域的研究涵盖了氧化石墨烯在水环境中的分散/团聚、吸附、还原、降解、沉积等行为,及对微生物、浮游动物、藻类和鱼类等水生生物的毒性表现.本文综述了相关研究成果,分析了当前研究面临的挑战并展望其研究前景.     

Quantifying the adsorption and uptake of CuO nanoparticles by wheat root based on chemical extractions

This study screened out eluants for efficiently desorbing metal nanoparticles from plant root surface, and distinguished the proportions of CuO-nanoparticles uptake and adsorption.     

氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)对土壤环境因子与砷生物有效性的影响

氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）可以通过农药和肥料施用、意外泄露或污水灌溉进入As污染农田土壤,从而对土壤环境因子和As生物有效性产生影响.本试验选取两种不同类型土壤（安徽宿松黄棕壤和黑龙江海伦黑土）进行人工As污染,添加不同浓度的CuO NPs,探究90 d淹水-落干过程中CuO NPs对As污染农田环境因子和As生物有效态的影响.结果表明,CuO NPs进入土壤后12 h内快速溶解产生Cu²⁺,且在黄棕壤中的溶解速度较黑土迅速.CuO NPs可在短时间内降低土壤pH,提高土壤氧化还原电位（E_h）,降低土壤电导率（EC）,但随着培养时间增加土壤EC逐渐提高.一定时间内CuO NPs在两种类型土壤中可降低51.0%~82.5%土壤浸出液中的As和15.7%~66.5%的As生物有效性,减少淹水时Fe （II）的含量.但在土壤落干时期产生一定的“纳米效应”从而促进了Fe （II）的产生.研究表明,CuO NPs进入As污染农田改变了土壤环境因子,一定时间内降低了土壤As生物有效性.     

Intracellular biosynthesis of Au and Ag nanoparticles using ethanolic extract of Brassica oleracea L. and studies on their physicochemical and biological properties

In this present study, we reported broccoli (Brassica oleracea L.) as a potential candidate for the synthesis of gold and silver nanoparticles (NPs) in green chemistry method. The synthesized metal nanoparticles are evaluated their antimicrobial efficacy against different human pathogenic organisms. The physico-chemical properties of gold nanoparticles were analyzed using different analytical techniques such as a UV–Vis spectrophotometer, Field Emission Scanning Electron Microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction and a Fourier Transform Infrared spectrophotometer. In addition, gold and silver NP antimicrobial efficacy was checked by disc diffusion assay. UV–Vis color intensity of the nanoparticles was shown at 540 and 450 nm for gold and silver nanoparticles respectively. Higher magnification of the Field Emission Scanning Electron Microscopy image shows the variable morphology of the gold nanoparticles such as spherical, rod and triangular shapes and silver nanoparticles were seen in spherical shapes. The average spherical size of the particles was observed in 24–38 nm for gold and 30–45 nm for silver NPs. X-ray diffraction pattern confirmed the presence of gold nanoparticles and silver nanoparticles which were crystalline in nature. Additionally, the functional metabolites were identified by the Fourier Transform Infrared spectroscopy. IR spectra revealed phenols, alcohols, aldehydes (sugar moieties), vitamins and proteins are present in the broccoli extract which are accountable to synthesize the nanoparticles. The synthesized gold and silver NPs inhibited the growth of the tested bacterial and fungal pathogens at the concentration of 50 μg/mL respectively. In addition, broccoli mediated gold and silver nanoparticles have shown potent antimicrobial activity against human pathogens.