纳米材料对有机污染物的吸附及其对生物富集的影响研究

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本论文系统研究了不同分子量的溶解性有机质(DOM)以及DOM与单壁碳纳米管(S CNT)作用不同时问对SCNT吸附菲的影响;纳米二氧化钛(TiO2 NPs)和纳米氧化硅(SiO2 NPs)对β-阻断剂的吸附,并讨论了pH、盐度和DOM对吸附的影响;TiO2 NPs和SiO2 NPs对β-阻断剂在鱼体内生物富集的影响。主要研究结果包括:   (1) SCNT对DOM的吸附主要是表面吸附和微孔阻塞的过程,DOM会通过与菲竞争吸附点位而抑制菲的吸附。将DOM与碳纳米管的相互作用时间从2d延长到20d,会减轻DOM对碳纳米管吸附菲的抑制程度(logKF变大,n变小),这主要是因为随着时问的延长,DOM分子能从SCNT的外表面进入SCNT内部的孔道,使SCNT表面的吸附点位重新暴露出来,从而可以被菲分子占据。   (2) DOM的化学组成和立体构象会对其与SCNT之间的相互作用产生影响,分子量大的DOM>14000与SCNT之间的相互作用强于DOM1000-14000和DOM<1000与SCNT之间的相互作用,DOM的分子量越大,芳香性越强,残留在溶液中的DOM与菲的结合能力越强,进一步抑制了菲向碳纳米管的分配。这都导致了DOM>14000对菲吸附的抑制作用强于DOM1000-14000和DOM<1000。   (3)纳米氧化物对于两种β-阻断剂有较强吸附,吸附系数logKF在2.11到4.47之间,吸附受到纳米氧化物结构与目标化合物性质的影响。由于P-SiO2 NPs表面存在硅烷偶联剂,会改变纳米P-SiO2 NPs的性质,所以对其进行煅烧处理,获得600P-SiO2 NPs,后者的吸附能力强于P-SiO2 NPs,主要是因为600P-SiO2 NPs具有更负的ZETA电位,有利于对以阳离子存在的β-阻断剂的吸附;另外硅烷偶联剂可能占据吸附剂表面的吸附点位并降低内部微孔的可及性。美托洛尔的极性强于普洛奈尔、更多的分子在实验条件下以阳离子形式存在,与带负电的纳米氧化物表面产生阳离子交换的静电作用;而且美托洛尔分子较小,更容易进入纳米氧化物颗粒的微孔及介孔中,使600P-SiO2 NPs和P-SiO2 NPs对美托洛尔的吸附能力强于普萘洛尔。R-TiO2 NPs缺少内部微孔并具有较小的负电荷,比600P-SiO2 NPs的吸附能力弱。R-TiO2 NPs对普萘洛尔的吸附能力强于美托洛尔,主要是因为普萘洛尔具有较强的憎水驱动力。   (4) pH可同时改变吸附剂和吸附质的带电荷情况,随着pH的增加,美托洛尔和普萘洛尔在三种吸附剂上的吸附都呈现先增加后减小的趋势。盐度增加会抑制三种纳米无机氧化物对美托洛尔和普萘洛尔的吸附,主要是由于竞争作用;另外,盐度增加会改变吸附剂的团聚形态,促进吸附剂颗粒的团聚,降低了吸附点位的可及性,从而抑制吸附。DOM的存在抑制600P-SiO2 NPs对两种β-阻断剂的吸附,并且这种抑制作用随着β-阻断剂浓度的增加而减弱,DOM可增加两种β-阻断剂的溶解度并竞争吸附剂的吸附点位;另外,DOM可阻塞600P-SiO2 NPs的微孔,降低吸附。DOM的存在促进R-TiO2 NPs对两种β-阻断剂的吸附,主要是因为一方面DOM与吸附剂相互作用,能增加吸附剂表面的有机质含量从而增加其疏水性,导致两种β-阻断剂的吸附增强,另一方面R-TiO2NPs在DOM存在下会更加分散,产生更多的可利用的表面积,于是产生更多有利于化合物的吸附点位。   (5)纳米氧化物可穿透生物膜进入到生物体中,并通过吸附载带作用,增加污染物的生物有效性。由于600P-SiO2 NPs对美托洛尔的吸附能力强于R-TiO2NPs,所以对美托洛尔在鱼体内富集的促进作用强于R-TiO2 NPs。鱼主要通过摄食和鳃的呼吸作用富集美托洛尔,美托洛尔在鱼体各部分的含量排序为内脏>鳃>肌肉与皮和鳞。
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