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。     

CaO2促进MFC同步处理剩余污泥和六价铬废水的效能

为了提高剩余污泥降解效能和废水中六价铬还原效能,研究了CaO₂对微生物燃料电池同步处理剩余污泥和六价铬废水的影响,考察了不同CaO₂投加量下微生物燃料电池阳极剩余污泥的降解效能、阴极六价铬的还原效能及产电效能.结果表明,当阳极室CaO₂投加量分别为0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8gCaO₂/gVSS时,运行120h后,阴极六价铬还原率分别为73.38%,78.91%,99.47%,97.70%,97.04%,96.37%,运行30d后,阳极剩余污泥TCOD降解率分别为72.4%,76.9%,81.0%,78.2%,75.7%,74.2%.证明投加CaO₂后,六价铬还原率和TCOD降解率都有提高.当投加量为0.2gCaO₂/gVSS时处理效能最好,输出电压最大为1.15V.六价铬还原率提高了36.08%,TCOD降解率提高了11.88%.此外,投加CaO₂后微生物燃料电池电化学活性有所提高,表明CaO₂投加对电池电子传递过程有促进作用.结果说明CaO₂有利于提高对微生物燃料电池同步处理剩余污泥和六价铬废水效能.     

表面活性剂对地表水中微生物的毒性效应

研究了甜菜碱和石油磺酸盐表面活性剂对地表水中微生物的数量和代谢活性的影响,并基于菌群16S rRNA基因的高通量测序,比较分析了表面活性剂作用前后微生物群落结构的变化.结果表明,两种表面活性剂胁迫下微生物的生长活性均遵循低浓度促进、高浓度抑制的作用规律,表现出明显的浓度依赖性.与空白组相比,在1.5g/L的表面活性剂的作用下,微生物数量、蛋白质含量以及脱氢酶的活性均明显降低,且同浓度下的甜菜碱表现出更高的生物毒性;菌群多样性分析发现,肠杆菌属（Enterobacter）以高于75%的比例成为所有样本中的优势菌属,从各组来看石油磺酸盐可有效提高肠杆菌属（Enterobacter）的相对丰度,对假单胞菌属（Pseudomonas）和根瘤菌属（Rhizobium）抑制作用显著;而甜菜碱则可明显增加假单胞菌属（Pseudomonas）和寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）的菌属比例,抑制肠杆菌属（Enterobacter）和根瘤菌属（Rhizobium）的繁殖;通过表面活性剂与纯种菌的作用发现,表面活性剂可通过扰乱细菌的生长周期、破坏细胞膜结构来干扰细胞的正常生理功能,从而使其活性降低甚至死亡.     

Nitrite pre-treatment of dewatered sludge for microbial fuel cell application

The effect of pre-treatment of dewatered sludge using different nitrite concentrations and pH for microbial fuel cell (MFC) application was investigated. The results show that the addition of nitrite was feasible to increase the solubilization rate of the sludge and may reduce mass transfer limitation at the anode. This helped the MFC to reach higher voltage and to generate more power. The higher free nitrous acid (FNA) concentration under the acidic condition helped to increase sludge solubilization. However, under an alkaline condition, during which the FNA concentration was relatively low, the solubilization of the sludge was higher. The highest voltage and power density produced was 390?mV and 153?mW/m², respectively, with the addition of nitrite at 100?mg-N/L and pH?9. Furthermore, it was found that elevated levels of FNA could inhibit electrogenic bacteria thus reducing power generation.     

A strategy for enhancing anaerobic digestion of waste activated sludge: Driving anodic oxidation by adding nitrate into microbial electrolysis cell

Cathodic reduction of CO₂ and anodic oxidation of organic matters are crucial to methane-producing microbial electrolysis cell (MEC) applied in anaerobic digestion of waste activated sludge. However, cathodic CO₂ reduction is usually restrained by slow metabolism rates of H₂-utilizing methanogens and low electron-capturing capacity of CO₂, which consequently slows down the anodic oxidation that participates to sludge disintegration. Herein, a strategy with adding nitrate as electron acceptor to foster electronic transfer between the anode and cathode was proposed to improve anodic oxidation. Results showed that the average efficiency of anodic oxidation in the nitrate-added MEC increased by 55.9%. Accordingly, volatile suspended solid removal efficiency in the nitrate-added MEC was 21.9% higher than that of control MEC. Although the initial cumulative methane production in the nitrate-added MEC was lower than that of control MEC, the cumulative methane production in 24?days was 8.9% higher. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated that anodic oxidation of MEC with nitrate accelerated the disintegration of sludge flocs and cell walls. Calculation on current signal further revealed that anodic oxidation driven by cathodic nitrate reduction was the main mechanism responsible for the improved sludge digestion.     

石墨烯掺杂聚苯胺阳极提高微生物燃料电池性能

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）技术可分解代谢污染物质并同步输出电能,在环境及能源领域吸引了越来越多的关注.但是,输出功率密度较低、成本较高、底物降解率低等特点限制了其实际应用,其中阳极是主要限制因素之一.本研究选取具有优异导电性、大比表面积的石墨烯和生物相容性较好的聚苯胺（polyaniline,PANI）,并优化二者比例关系,制备得到石墨烯掺杂PANI复合材料.将复合材料涂覆在玻碳电极表面分析电化学性能,循环伏安（cyclic voltammetry,CV）和线性伏安扫描（linear sweep voltammetry,LSV）测试结果均显示石墨烯含量占比20%的复合电极（20%石墨烯）电化学性能最好.将复合材料修饰在碳布表面作为MFC阳极时以石墨烯含量占比5%的复合电极（5%石墨烯）生物电化学性能最佳,LSV得到最大输出功率密度为（831±45）mW·m^-2,分别是20%石墨烯、1%石墨烯、石墨烯、PANI、碳布阳极的1.2、1.3、1.3、1.5、1.8倍.最大输出电压、开路电压、化学需氧量去除率、库仑效率、生物量密度均以5%石墨烯电极最高.电化学阻抗分析表明5%石墨烯电极极化内阻仅为（24±2）Ω,是碳布电极的19.8%.电化学和生物电化学性能并不完全一致,说明电极材料的生物相容性是影响MFC性能的主要因素之一.5%石墨烯阳极充分发挥了石墨烯和聚苯胺的优点,提高了MFC的产电性能.     

通过多阶段暴露试验评价嘧菌酯对斑马鱼的急性毒性与发育毒性

嘧菌酯作为最畅销的甲氧丙烯酸酯类杀菌剂,是防治水稻病害的常用农药,其对水生生态环境的负面效应值得重视.为研究嘧菌酯对水生生物的危害,进行多阶段(成鱼、仔鱼、胚胎)斑马鱼毒性试验,分析了嘧菌酯对鱼类的急性毒性,同时,通过6 d胚胎发育试验,研究了嘧菌酯对鱼类早期发育阶段的影响.结果表明,斑马鱼3个生命阶段对嘧菌酯的敏感性(以96 h-LC50(致死中浓度)表示)顺序为:仔鱼(0.39 mg·L~(-1))胚胎(0.61 mg·L~(-1))成鱼(1.37 mg·L~(-1)).6 d胚胎发育试验结果发现,嘧菌酯可诱导斑马鱼胚胎出现一系列不良症状,包括孵化率下降、心率异常、生长抑制和心包水肿等.0.25 mg·L~(-1)的嘧菌酯可显著促进斑马鱼胚胎自主运动和心率,并能明显抑制孵化仔鱼的体长.0.6 mg·L~(-1)及更高浓度的嘧菌酯可明显抑制斑马鱼胚胎眼睛、体节、尾部和心脏的发育.研究显示,嘧菌酯对斑马鱼多个生命阶段均具有一定毒性,但对早期生命阶段毒性更强,因此,其对鱼类早期生命阶段的影响值得重视.     

铜胁迫对铜绿微囊藻生长及产毒素的影响

以硝酸盐和磷酸氢盐为主要氮源和磷源,通过测定一定初始氮、磷条件下不同Cu~(2+)浓度培养液中藻密度及藻毒素浓度来研究微量元素Cu对铜绿微囊藻生长的影响.结果表明:当Cu~(2+)浓度为1和10μg·L~(-1)时,藻细胞的生长情况最好,藻密度取得所有浓度梯度中最大值;当Cu~(2+)浓度为1μg·L~(-1)时,藻细胞产毒素总量最大;Cu~(2+)严重缺乏(0.01μg·L~(-1))和过量(100μg·L~(-1))时,藻毒素的合成均受到严重抑制.Cu~(2+)浓度变化影响铜绿微囊藻对硝氮的利用效率,当Cu~(2+)浓度为0.01、0.1及100μg·L~(-1)时,氮元素的利用效率都相对较低.细胞比增长率与单细胞产毒量之间的相关性分析及线性拟合结果表明,单细胞产毒素量与细胞比增长率之间存在很好的线性关系:在Cu~(2+)浓度处于0.01~10μg·L~(-1)范围内,二者表现为正相关;Cu过量时(100μg·L~(-1)),表现为负相关,依据此结果可通过比增长率来预测单细胞的产毒素水平.     

基于改进灰色聚类法的矿区土壤重金属污染评价

在传统灰色聚类法的基础上,以白化函数为突破口进行模型优化改进,并将其应用于马鞍山重点矿区土壤重金属污染评价中。结果表明:通过e型指数函数优化的白化函数评价范围更广,不遗漏任何重要信息;纳入生物毒性因子的双因子权重赋值法可挖掘出潜在的污染因子,使其评价应用更为合理;改进灰色聚类法较传统灰聚类法等更能综合地反映多种重金属联合作用下对土壤环境质量的影响,使其评价结果更为客观。     

纳米TiO2的健康风险与环境毒性研究进展

纳米TiO2因其特殊的理化特性以及低廉生产成本,被广泛地应用于造纸、化妆品、纺织、农业生产和环境保护等行业.随着nTiO2被广泛使用和大量排放,其健康风险和生态毒理效应逐渐引起人们的关注.本论文综述了近些年的研究进展,探讨了nTiO2的健康风险和生态毒理效应,总结了nTiO2的生物毒性机制,呼吁加强相关研究和环境保护,为nTiO2的安全使用做出贡献.