Mesoporous carbon nanomaterials induced pulmonary surfactant inhibition, cytotoxicity, inflammation and lung fibrosis

Environmental exposure and health risk upon engineered nanomaterials are increasingly concerned. The family of mesoporous carbon nanomaterials(MCNs) is a rising star in nanotechnology for multidisciplinary research with versatile applications in electronics,energy and gas storage, and biomedicine. Meanwhile, there is mounting concern on their environmental health risks due to the growing production and usage of MCNs. The lung is the primary site for particle invasion under environmental exposure to nanomaterials. Here, we studied the comprehensive toxicological profile of MCNs in the lung under the scenario of moderate environmental exposure. It was found that at a low concentration of 10 μg/mL MCNs induced biophysical inhibition of natural pulmonary surfactant. Moreover, MCNs at similar concentrations reduced viability of J774 A.1 macrophages and lung epithelial A549 cells.Incubating with nature pulmonary surfactant effectively reduced the cytotoxicity of MCNs.Regarding the pro-inflammatory responses, MCNs activated macrophages in vitro, and stimulated lung inflammation in mice after inhalation exposure, associated with lung fibrosis.Moreover, we found that the size of MCNs played a significant role in regulating cytotoxicity and pro-inflammatory potential of this nanomaterial. In general, larger MCNs induced more pronounced cytotoxic and pro-inflammatory effects than their smaller counterparts. Our results provided valuable information on the toxicological profile and environmental health risks of MCNs, and suggested that fine-tuning the size of MCNs could be a practical precautionary design strategy to increase safety and biocompatibility of this nanomaterial.     

碱性高炉矿渣制备多孔混凝土掺合料及其净化酸性水的试验研究

碱性高炉矿渣和多孔混凝土都有良好的净水性能,将碱性高炉矿渣作为掺合料制成掺高炉矿渣多孔混凝土(BSPC),对其处理模拟酸性水的效果进行研究。结果表明:经BSPC处理后,进水p H由2~3变成8.5~9.1。与普通多孔混凝土相比,添加高炉矿渣的混凝土对酸性水浊度、CODcr、TP和Cd的平均去除率依次提高了6.2%,8.8%,5.2%和4.5%,分别达到74.3%,74.5%,91.7%和86.5%。同时,BSPC孔隙率在处理酸性水前后有所下降,下降幅度较小,为6.2%,不影响BSPC对酸性水的处理。实验最后对混凝土表面白色絮状物进行了红外和XRD表征,初步分析其中含有CaCO_3、SiO_2和水化硅酸钙(C-S-H)等无机物,初步判定来源于BSPC的溶出物。     

白云岩石漠化坡地土壤改良盆栽试验研究报道——以种植黑麦草为例

本文针对白云岩坡地土壤漏水、漏肥问题,通过对白云岩坡地土壤施用保水剂和活性炭,开展土壤改良的盆栽试验,探讨保水剂和活性炭对白云岩坡地土壤的理化性质和水分养分流失以及黑麦草生物量的影响。结果表明:(1)通过添加保水剂,可以有效改善土壤理化性质、减少水分渗漏,提高植物可利用水分。添加0.5%和1%的保水剂,渗漏水量和容重明显降低,孔隙度、土壤含水量、全氮、碱解氮、速效钾和有机质含量显著提高,总生物量分别比未添加保水剂处理增加了15.71%和22.79%。(2)添加活性炭,可以有效减少养分淋失,增加农作物产量,缓解白云岩坡地土壤"漏肥"问题。添加3%和5%的活性炭,土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质含量显著增加,总生物量分别比不添加活性炭处理增加了42.55%和64.76%。(3)保水剂和活性炭的建议添加比例分别为1%和5%。保水剂和活性炭作为土壤改良剂,可以有效改善土壤物理结构,降低土壤水分渗漏量,减少养分漏失,提高作物产量,为白云岩石漠化坡地土壤的"漏水"和"漏肥"问题探寻一种新的解决途径,提高土地生产力。     

喀斯特常绿与落叶阔叶混交林过去50年来的碳循环模拟

通过对Forest-DNDC模型的植被和土壤参数本地化校准,以气象插值数据为输入,模拟了贵州省普定县高原型喀斯特次生常绿与落叶阔叶混交林1965~2014年的土壤、植被和生态系统碳循环特征。结果表明,与冷模拟和实测值相比,参数本地化校准后的模型能更准确地模拟春、秋、冬3个季节的土壤呼吸动态,而模拟的夏季土壤呼吸偏小;但统计检验指出,参数修订后的Forest-DNDC模型能够较好地模拟喀斯特森林土壤呼吸,降低了模拟误差,可用于喀斯特常绿与落叶阔叶混交林碳动态的模拟。进一步分析发现,1965~2014年喀斯特森林的碳通量除模拟早期的前3~4年急剧增加之外,随后总初级生产力(GPP)保持相对稳定,植物呼吸(Rplant)和生态系统呼吸(R_(ecosystem))随着森林发育而增加,土壤呼吸(R_(soil))减少,植被净初级生产力(NPP)呈迅速减小趋势;净生态系统碳交换量(NEE)亦较迅速下降,在2013年达到最低值-0.17 t C/ha,喀斯特森林由碳汇变为弱碳源。相关分析表明,年均温度和年降水对喀斯特常绿与落叶阔叶混交林的GPP和R_(soil)没有显著影响,但却显著影响NPP、R_(plant)、R_(ecosystem)和NEE。     

福建省工业CO2排放效率评价研究

运用基于非期望产出、非径向、非角度的SBM-DEA模型,对2005年-2014年福建省工业35个行业CO2排放效率进行评价,然后通过行业效率值动态聚类深入揭示福建省工业行业CO2排放特质,最后提出福建省工业低碳发展的建议.研究表明:福建省工业存在较大的节能减排空间,高效率行业具有技术进步显著的优势,中效率行业效率值受贸易结构影响,低效率行业普遍存在产能过剩的问题.因此,福建省工业低碳转型需要调整能源消费结构、推进低碳技术进步、优化贸易结构、消化过剩产能.     

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

KrBr*准分子灯直接光解一甲胺气体

研究了正弦电源驱动的207 nm KrBr*准分子灯光解气相中的一甲胺(MA).考察了降解的影响因素(气体流速、初始浓度、输入功率),测定了灯的输入功率和辐射光谱.为了评价光解过程,对去除效率、能率、碳平衡和CO2的选择性这4个参数进行了研究.结果表明,去除率随着灯的输入功率升高、气体流速的降低以及气体初始浓度的升高而升高.能率与一甲胺初始浓度呈正相关性,输入功率为65.1 W时能率最高.输入功率升高,气体流速下降,碳平衡和CO2选择性都略有升高.当灯的输入功率为79.8 W,气体流速9.0 m3·h-1,初始浓度为2 897 mg·m-3,一甲胺去除率为56.8%,能率为185.6g·(kW·h)-1,相应的碳平衡和CO2选择性为16.8%和10.3%.最后,利用气质联用仪测定了一甲胺降解的产物,结合一甲胺的吸收光谱,推测了一甲胺的光解机制.     

基于多区域投入产出(MRIO)的中国区域居民消费碳足迹分析

近年来,居民消费活动和环境的关系逐渐受到关注,而与温室气体排放相关的研究更是其中的热点.因此,本文采用“居民消费碳足迹”概念来定义特定居民消费活动所导致的直接和间接温室气体排放的总和,主要包括CO2、CH4、N2O3种温室气体;构建了基于环境扩展的多区域投入产出(Multiregional input-output,MRIO)模型的碳足迹核算方法,并以2007年中国8个区域为例对其居民消费碳足迹的数量、构成、分布及转移进行了分析.结果显示,2007年全国居民消费碳足迹总量达到31.74亿t(以CO2当量计).此外,碳足迹还呈现出区域差异明显、间接排放大于直接排放、城乡差距过大等特征.人均碳足迹方面,发展水平较高的京津、东部沿海地区明显高于相对滞后的西北、西南区域.研究还对碳足迹的区域分布和转移进行了深入探讨.结果发现,东北、京津、西北和西南区域转移收支为负,表示这些区域为其他区域承担的排放大于其他区域为其承担的排放;剩余的北部沿海、东部沿海、南部沿海和中部区域情况则正好相反.这些结果对现阶段中国制定具体区域消费政策或分配碳减排责任等具有参考价值;本研究的方法论也适用于研究其他环境因子及足迹因子与居民消费的关系.     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

Adsorption of lead on multi-walled carbon nanotubes with different outer diameters and oxygen contents: Kinetics, isotherms and thermodynamics

The effects of different outer diameters and surface oxygen contents on the adsorption of heavy metals onto six types of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated in an aqueous solution and lead was chosen as a model metal ion. The results indicated that the percentage removal and adsorption capacity of lead remarkably increased with decreasing outer diameter due to larger specific surface area (SSA). The SSA-normalized maximum adsorption capacity (qm /SSA) and SSA-normalized adsorption coefficient (Kd /SSA) were strongly positively correlated with surface oxygen content, implying that lead adsorption onto MWCNTs significantly increases with the rise of oxygen content and decreases with decreasing SSA. The calculated thermodynamic parameters indicated that adsorption of lead on MWCNTs was endothermic and spontaneous. When the oxygen content of MWCNTs increased from 2.0% to 5.9%, the standard free energy (△ G0 ) became more negative, which implied that the oxygenated functional groups increased the adsorption affinity of MWCNTs for lead. Through calculation of enthalpy (△ H0 ), G0 and free energy of adsorption (Ea ), lead adsorption onto MWCNTs was recognized as a chemisorption process. The chemical interaction between lead and the phenolic groups of MWCNTs could be one of the main adsorption mechanisms due to highly positive correlations between the phenolic groups and K d /SSA or q m /SSA.