Effect of oxide nanoparticles on the morphology and fluidity of phospholipid membranes and the role of hydrogen bonds

Engineered oxide nanoparticles (NPs) are widely applied in insulators, catalyzers, paints, cosmetic products, textiles and semiconductors. Their attachment on cell membrane may lead to cytotoxicity. The effects of Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂ and ZnO NPs on membrane integrity and fluidity were studied using giant or small unilamellar vesicles in this study. Al₂O₃ and SiO₂ NPs disrupted the oppositely charged membrane, indicating the important role of electrostatic attraction. However, Fe₂O₃, TiO₂ and ZnO NPs did not cause serious membrane disruption as Al₂O₃ and SiO₂ NPs. Membrane fluidity was evaluated by the generalized polarity (GP) values of Laurdan fluorescent emission. SiO₂ NPs induce the membrane gelation of both positively and negatively charged membrane. Al₂O₃ and ZnO NPs induced the gelation of the oppositely charged membrane, but did not cause obvious membrane gelation to the like charged membrane. The phospholipid molecular structural changes after NP exposure were analyzed by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. FT-IR spectra revealed the hydrogen bond formation between NPs and the carbonyl/phosphate groups of phospholipids. Al₂O₃ and SiO₂ NPs showed strongest evidence of hydrogen bonding on their FT-IR spectra. It was consistent with the microscopic observation and fluorescent data that Al₂O₃ and SiO₂ NPs caused more serious membrane disruption and gelation. This study on membrane damage provides further knowledge on the cytotoxicity of nanomaterials and the safety of NP application.     

温度对合成钛酸盐纳米材料的影响及其对水中Cd (Ⅱ)的去除效果

为有效去除水中Cd（Ⅱ）,以TiO₂纳米粉和NaOH为原料,调节水热反应温度分别为100、120、150和190℃,制备出了不同形貌的TNs（钛酸盐纳米材料）,分别记为TNs-100、TNs-120、TNs-150和TNs-190,并对其形貌、结构、比表面积、化学组成等物理化学性能进行了表征;通过对水中Cd（Ⅱ）的静态吸附试验,考察了TNs对Cd（Ⅱ）的吸附性能.结果表明:随着合成温度的升高,TNs的形貌逐渐从纳米片演变成纳米管,管长逐渐变长,最后变成纳米棒.TNs-100的晶型结构主要是锐钛矿型;随着温度升高,结晶度逐渐增强;TNs-190出现了部分金红石相.TNs-150对Cd（Ⅱ）的吸附能力最强,最大平衡吸附量为254.66 mg/g,最佳吸附pH为5.0.再生的TNs-150对Cd（Ⅱ）循环吸附6次的去除率和解吸率均可达93%以上.TNs-150对Cd（Ⅱ）的吸附过程符合准二阶动力学方程和Langmuir吸附等温模型,吸附机制主要是TNs层间Na+和H+与溶液中Cd（Ⅱ）的离子交换.研究显示,TNs的饱和吸附量均高于同类吸附剂,能有效去除水中Cd（Ⅱ）.      

光散射法与β射线衰减-光散射联用法颗粒物在线测量方法对比

为考察光散射法和β射线衰减-光散射联用法的适用性,以β射线衰减法颗粒物自动监测仪（BAM）为标准,于2016年2月4日-4月18日,在中国环境科学研究院利用β射线衰减-光散射联用法颗粒物自动监测仪（MP-CPM）与光散射法传感器对ρ（PM₁₀）和ρ（PM_2.5）测量结果进行了对比.结果表明:① MP-CPM与BAM测量ρ（PM₁₀）的结果具有较好的一致性,相关系数为0.92,平均相对偏差为0.04%;ρ（PM_2.5）结果一致性较差,相关系数为0.69,MP-CPM测量ρ（PM_2.5）整体较高于BAM,平均相对偏差为45.8%.② 光散射法传感器与BAM测量ρ（PM_2.5）结果一致性较好,相关系数为0.85,平均相对偏差为11.24%,但ρ（PM₁₀）远低于BAM,平均相对偏差为-44.64%.在特殊污染情景下,光散射法将因受到较大影响而严重错估颗粒物浓度.烟花燃放期间,MP-CPM和光散射法传感器严重低估颗粒物浓度,与BAM测量颗粒物浓度的平均相对偏差均低于-50%;沙尘污染过程中,MP-CPM严重高估ρ（PM_2.5）,与BAM测量ρ（PM_2.5）结果平均相对偏差为79.27%,光散射法传感器严重低估ρ（PM₁₀）,与BAM测量ρ（PM₁₀）结果平均相对偏差为-59.35%.研究显示,不同原理的仪器,在不同的使用场景下应该区别对待.      

北京市郊区夏季臭氧重污染特征及生成效率

为研究北京郊区夏季O₃(臭氧)重污染过程特征及O₃生成的光化学敏感性,基于2016年夏季在北京郊区开展的针对O₃及其相关污染物的强化观测试验(7月23日—8月31日,共计40 d),分析了观测期间O₃浓度[以φ(O₃)计]变化特征、O₃重污染过程主控因素与O₃敏感性化学特征.结果表明:观测期间φ(O₃)超标时有发生,最大小时φ(O₃)为151.1×10-9,其中有15 d的φ(O₃)最大8 h滑动平均值(O₃-max-8h)超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值,占观测天数的37.5%;不同O₃重污染过程成因有所不同,城市烟羽传输的污染物对郊区O₃重污染过程影响显著(观测期间臭氧重污染过程:过程1,7月27—29日;过程3,8月9—11日;过程4,8月16日;过程5,8月21—24日),区域光化学污染对郊区O₃重污染过程也有贡献(观测期间O₃重污染过程2:8月4—6日);结合后向气流轨迹进一步辅助说明了不同重污染过程中O₃的来源不同.研究还发现,观测区域存在反“周末效应”现象,说明观测区域周末受人为影响较为明显;基于观测数据计算的OPE(O₃生成效率)分析了O₃光化学敏感性表明,在有OPE值的22 d内NO_x控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等,即观测区域O₃对NO_x和VOCs均敏感;此外还发现,在O₃重污染过程中光化学敏感性会随其反应进程发生改变,由NO_x控制区逐渐转变为VOCs控制区.      

三峡库区主要水域典型抗生素分布及生态风险评估

为评价三峡库区主要水域典型抗生素的污染状况和生态风险,利用固相萃取-高效液相色谱-串联三重四极杆质谱联用法（SPE-HPLC-MS/MS）,分析三峡库区长江干流和6条支流表层水体中6类28种抗生素的质量浓度,根据欧盟环境风险评价方法计算RQ_S（风险商值）及RQ_sum（联合风险商值）,并按照Hernando等提出评级方法评价研究区域的生态风险等级.结果表明:三峡库区7条河流共检出4类10种抗生素,质量浓度范围为0.6~218.0 ng/L,其中除OFX（氧氟沙星）和CAP（氯霉素）外,其余8种[SDI（磺胺嘧啶）、SMX（磺胺甲唑）、SMZ（磺胺二甲嘧啶）、ERM（红霉素）、ROM（罗红霉素）、TYL（泰乐菌素）、FF（氟苯尼考）、LIN（林可霉素）]均为畜禽药品,并且FF、LIN在我国畜禽药品中使用量排名居前五位.7条河流抗生素RQ_sum由高到低依次为濑溪河>琼江>綦江>碧溪河>嘉陵江>长江>乌江,其中,濑溪河RQ_sum高达5.532,SMX、ERM和OFX均为高风险,说明其对濑溪河水体中相应的水生生物表现出较高的毒性风险;琼江、綦江、碧溪河和嘉陵江的RQ_sum均处于1~2之间,表现出较高生态风险,但4条河流检出抗生素的单个RQ_S均小于1,处于低风险;长江的RQ_sum为0.605,检出抗生素中TYL、ERM和ROM处于中风险,其余为低风险;乌江的RQ_sum为0.013,检出抗生素均处于低风险,说明水体受人类活动干扰最小.研究显示,三峡库区主要水域中抗生素含量略低于其他水域,但应进一步强化对畜禽养殖行业抗生素使用的监管,开展畜禽粪污还田技术规范中抗生素含量限制的相关研究.      

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

同步脱氮除磷系统中两种颜色好氧颗粒污泥的微生物群落特征

为研究同步脱氮除磷系统中出现的WG（白色好氧颗粒污泥）外形特点及微生物群落特征,探究其成因,利用SEM（扫描电子显微镜）表征了系统中的WG与YG（黄色好氧颗粒污泥）的微观形态,并采用Illumina HiSeq 2500高通量测序平台对两种好氧颗粒污泥中细菌与真菌的群落组成进行研究.结果表明:WG结构疏松外形不规则,颗粒表面分布大量杆菌;而YG饱满紧实轮廓清晰,颗粒表面分布大量球菌.WG与YG的细菌群落组成相似,但真菌组成差异较大.与YG相比,WG具有更高的细菌和真菌多样性.变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为WG和YG中的细菌优势门,其在WG中的相对丰度分别为68.85%和26.61%,在YG中的相对丰度分别为82.52%和12.30%.Candidatus competibacter、Candidatus accumulibacter和Chiayiivirga为WG中的优势属,相对丰度分别为22.13%、8.95%和7.37%;Candidatus competibacter、Chiayiivirga和Xanthomonas为YG中的优势属,相对丰度分别为47.94%、6.95%和7.06%.子囊菌门（Ascomycota）和Rozellomycota分别为WG与YG中真菌优势门,其在两个样品中的相对丰度分别为50.10%和81.77%.在属水平,WG中存在大量青霉属（Penicillium）和假丝酵母属（Candida）等丝状真菌,为WG的形成提供了框架.研究显示,当YG破碎成为小菌胶团后,附着在真菌框架上,造成了WG的快速形成,同时WG中Candidatus competibacter的相对丰度较低,使其外形疏松、透光性较好,呈现出白色.      

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.      

1025t/h四角切圆煤粉炉内空气过量系数对NO生成的影响

文章采用计算流体力学软件Fluent数值模拟了1 025 t/h四角切圆煤粉炉内的湍流扩散燃烧,分析了空气过量系数对炉内烟气速度、烟气温度和氮氧化物组分的影响。结果表明:空气过量系数会对炉内流场的空气动力学特性和温度场分布均匀性产生显著影响。煤粉炉膛最佳空气过量系数为1.07,此时炉内温度场、速度场和浓度场的分布可使燃烧中间产物HCN和NH_3较好的将燃料型NO还原为N_2,来充分发挥空气分级燃烧降低NO排放的功效。     

美国市政污水处理排放标准制定对中国的启示

在概述美国市政污水处理排放标准制度体系的基础上,介绍了其制定基于技术的排放限值和基于水质的排放限值的方法,阐述了其制定的科学性,并指出了中国市政污水处理排放标准中存在的相应问题。最后,根据美国制定排放标准限值的经验,对我国污水处理排放标准进行了思考,并提出了科学制定排放标准的方法和建议。