典型工程纳米材料对微藻的毒性效应研究进展

近年来,随着纳米技术的快速发展,工程纳米材料由于其良好的物理化学特性而广泛应用于各行各业。然而,在生产、使用和丢弃含有工程纳米材料产品的过程中不可避免地导致纳米材料释放到水环境中。工程纳米材料已在世界多地的水环境中被检测到,给水生态系统和人体健康带来潜在风险。由于水环境的复杂性,工程纳米材料在水体中的环境行为、毒性效应等生态风险还未得到充分的研究。本文以微藻为模型生物,总结了典型工程纳米材料,包括纳米金属、纳米氧化物、碳纳米材料以及量子点的毒性效应。探讨了工程纳米材料在水中的环境行为以及与其它污染物的复合毒性效应,讨论了工程纳米材料自身理化性质和环境因素对其毒性的影响。从生理指标和组学指标出发分析了工程纳米材料对微藻的毒性机制,并展望了工程纳米材料毒性研究的发展方向,以期为工程纳米材料的毒性评价提供一定的理论依据,促进纳米材料的绿色发展。     

磁性GO复合材料对水溶液中Cu(Ⅱ)的去除研究

该研究利用简单的化学合成法合成新型Fe_3O_4@SiO_2/PEI修饰的氧化石墨烯磁性复合材料,并用于去除水中的Cu(Ⅱ)离子,通过Box-Behnken响应面法对pH、Cu(Ⅱ)离子的初始浓度和反应温度3个变量进行优化,得到MSPG对Cu(Ⅱ)离子吸附的最优吸附条件为初始p H为5、初始浓度80 mg/L、反应温度为40℃时,最大理论吸附量为61.48 mg/g。而在最佳条件下进行验证实验,实验值为61.55 mg/g,与理论值相近。吸附动力学研究和等温线研究表明吸附过程在6 h达到平衡,分别符合准二阶动力学模型与Freundlich等温模型,粒子内扩散并不是整个过程中唯一的速率控制步骤。热力学研究证明MSPG对Cu(Ⅱ)的吸附过程是吸热的自发过程。     

脉冲电晕等离子体降解二噁英前驱物三氯苯的影响因素分析

氯苯是产生二噁英的主要前驱物。利用脉冲电晕等离子去除三氯苯,从电源参数电压、频率、脉宽、上升沿几个方面探讨了其对三氯苯去除效果及作用机理。结果表明:1)在输入电压16 k V,频率300 Hz,脉宽100 ns,上升/下降沿100 ns的条件下,三氯苯去除率最高可达70%左右。2)当输入频率500 Hz,脉宽100 ns,上升/下降沿100 ns时,三氯苯去除率随着电压升高增大;当输入电压分别为14,16 k V,脉宽100 ns,上升/下降沿100 ns时,调节频率为100～800 Hz,随着频率升高,三氯苯去除率增大,继续增加频率,三氯苯去除率不变。3)脉宽和上升沿对三氯苯的处理效果影响不大。同时对脉冲电晕等离子体降解三氯苯的机理进行探讨,认为其降解主要是通过巨大能量引起断键脱氯脱氢,其次是氧化。     

NaOH改性鱼骨粉材料对Cd(II)的吸附

以鱼骨粉（FBM）为原料,利用NaOH处理制备高性能改性鱼骨粉材料（FBM_T）,通过比表面积仪（BET）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜-光电子能谱（SEM-EDS）、透射电镜（TEM）等手段对吸附前后材料形貌、孔结构、功能基团进行表征分析.结果表明,与FBM相比,FBM_T出现一定数目中孔和大孔,具备了高孔容和平均孔径,分别增加68.57%和24.69%.FBM_T材料表面-OH、C=O和PO₄^3-等官能团含量增加,显示出一定的缓冲性能.FBM和FBM_T对Cd（Ⅱ）的吸附经历快速的分配和慢速的吸附两个阶段,符合准二级动力学模型,相关系数R²分别达到0.8635及0.9480.Langmuir模型较好地拟合FBM和FBM_T对Cd（Ⅱ）的等温吸附过程,对Cd（Ⅱ）饱和吸附量由改性前的9.28mg/g增至改性后的22.47mg/g,对应的吸附强度K_F值也随之增加.分离因子0 < R_L < 1表明Cd（Ⅱ）的去除过程为有利吸附.功能材料与Cd（Ⅱ）的作用机理主要包括阳离子专性吸附、静电吸附、离子交换、表面络合及沉淀作用.以上研究为鱼骨粉修复Cd污染提供一种经济有效的方法.     

活性半焦表面负载CeO2纳米管的制备及其低温脱硝机理

基于Zn O纳米棒的自腐蚀机制,分别在活性半焦表面修饰负载了CeO_2纳米管、CeO_2纳米颗粒,并发现活性半焦表面CeO_2纳米管的低温脱硝性能明显优于CeO_2纳米颗粒。通过N2吸附、XRD、XPD、NH3-TPD、H2-TPR等一系列表征发现:与纳米颗粒相比,CeO_2纳米管由于其独特的结构形式,表面暴露较多Ce、O原子,具有较高Ce3+与化学吸附氧Oα比例,拥有更多的酸性位点和较强的酸性,有利于NH3、NO的表面吸附和氧化,从而表现出较好的低温脱硝性能。     

紫外活化过硫酸盐降解二苯甲酮-4的动力学影响及降解机理与风险评价

活化PS（过硫酸盐）氧化工艺对于降解水中新兴微污染物具有潜在应用价值.为研究活化PS体系对BPs（二苯甲酮类）有机防晒剂的降解性能,以BP4（二苯甲酮-4）为研究对象,采用UV/PS（紫外活化过硫酸盐）工艺降解BP4,比较单一UV、单一PS和UV/PS 3种工艺对BP4的去除效果,考察各因素对UV/PS工艺去除BP4动力学的影响,同时探究BP4降解机理并进行风险评价.结果表明:BP4降解过程符合准一级反应动力学模型;最佳PS投加量为1.0 mmol/L,反应30 min后BP4去除率可达94%,增加PS投加量或降低初始c（BP4）均可促进BP4降解,无机阴离子（HCO₃-和Cl-）对BP4降解均有抑制作用,酸性条件有利于BP4降解;基于HPLC-MS/MS鉴定出8种中间产物,并提出降解路径,费氏弧菌毒性试验和ECOSAR v1.10软件预测表明,UV/PS工艺降解BP4过程中生成的中间产物比母物质毒性更高.研究显示,UV/PS工艺可有效去除BP4,但其中间产物可能会造成潜在的生态风险,后续需进一步深入研究.      

酵母菌对低浓度铀的吸附机理及动力学研究

探究了以活性和高温灭活酵母为生物吸附剂对低浓度放射性核素铀的吸附能力、相关的动力学特性及机理.结果显示,活性酵母菌和灭活酵母菌对铀的最佳吸附p H分别为5.5和4.5,达到吸附动态平衡所需时间分别为240 min和30 min,活性酵母菌对铀的最佳吸附温度为26℃,而灭活酵母菌对铀的吸附能力受温度影响不明显.不同温度下,活性与灭活酵母对铀的吸附动力学均能较好地符合准二级动力学模型,可决系数均在0.99以上,表明活性与灭活酵母菌对铀的吸附过程中,都存在着电子共用或电子转移过程.扫描电镜结果显示,吸附铀后的活性酵母菌菌体表面出现凹陷,少量块状铀沉淀附着在表面,而经过高温高压处理的灭活酵母菌菌体表面积明显增大,大量的纳米颗粒状铀沉淀附着在表面.红外光谱分析表明,在活性酵母菌对铀离子吸附的过程中,羟基、醛羰基、N—H、C—N等为主要的吸附位点,而羟基、酮羰基、P=O、—HPO_4~(2-)等为灭活酵母菌对铀离子吸附的主要位点.     

羧甲基废纸纤维对Cr(Ⅲ)吸附性能及机理研究

以废纸纤维(WF)为原料,氯乙酸钠为醚化剂,合成不同取代度羧甲基废纸纤维(CWF-1,CWF-2,CWF-3),用于吸附Cr(Ⅲ)。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征吸附剂的结构和形貌。结果表明,羧甲基化反应在WF上引入羧基,结晶度降低,但依旧保持纤维状形貌。吸附实验表明,取代度越大吸附量越大,pH对吸附量影响显著。在30℃,pH=5,Cr(Ⅲ)初始质量浓度为50 mg/L,CWF-3添加量为1 000 mg/L的条件下,Cr(Ⅲ)的吸附量达到47.55 mg/g。拟二级动力学模型和Freundlich吸附等温线能够更好描述吸附过程。采用X射线光电子能谱(XPS)和纸浆Zeta电位研究吸附机理,结果表明,CWF-3与Cr(Ⅲ)之间的吸附机理包括络合配位和静电吸附。此外,CWF-3还具有良好的分离和再生性能。     

磷酸盐对铅污染土壤稳定化修复机理的研究

在铅污染土壤中分别加入磷酸二氢钠(SDP)、磷酸氢二钠(DSP)、磷酸钠(TPA),研究不同磷酸盐对铅污染土壤的稳定化效果及其修复机理,并与未处理的铅污染土壤进行比较。结果表明:SDP、DSP、TPA处理后,均能在较短的养护时间(5d)后显著降低污染土壤中铅的浸出浓度,最佳稳定率分别达78.98%、86.43%、91.47%,且磷酸盐的作用效果与其投加量呈正相关,稳定化效果能在较长时间内保持稳定;磷酸盐的作用机理主要是通过磷酸根与铅离子生成在较大的pH值范围内稳定存在的磷酸铅类化合物,特别是Pb_(10)(PO_4)_6(OH)_2的形成有利于提高污染土壤中铅的稳定性。