砷與硅藻表面信息化合物互動作用及其吸附機制

《砷與硅藻表面信息化合物互動作用及其吸附機制》是依託浙江大學，由張建英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：砷與硅藻表面信息化合物互動作用及其吸附機制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：張建英
• 項目類別：面上項目

項目摘要

針對水質指示生物硅藻敏感性受不同形態砷污染影響的問題，選擇適於不同營養水平水體的五種典型淡水硅藻，運用表面增強拉曼散射（SERS）、原子力顯微鏡（AFM）和電感耦合電漿質譜聯用（ICP-MS）等技術，分析As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、甲基砷和二甲基砷四種形態砷對硅藻表面形態影響及其離子強度閾值回響關係，探討硅藻表面主要官能團與各種砷複合污染的吸附結合位點、吸附-脫附過程及其競爭吸附規律，檢測硅藻受表面吸附態砷激發所自釋放多不飽和醛（PUAs）等信息化合物的分子結構，從表面粘附力和電荷角度探討硅藻自釋放化合物與形態砷吸附行為的互動作用及其共存體的競爭吸附規律，探索矽殼在硅藻吸附砷中的容量貢獻及失活硅藻對形態砷的吸附性能，旨在闡明四種主要形態砷在硅藻表面的複合污染化學過程行為模式、吸附特性及化學-生物界面分子作用機制，為河流湖泊水質的生態監控提供理論基礎。

結題摘要

污染物對水質指示生物的界面作用及機制，是環境化學領域面臨的重要科學問題之一。本課題組在水體不同形態砷污染對指示生物硅藻的影響及作用機制方面進行了深入研究，取得了相應研究成果。（1）砷與硅藻的濃度劑量效應存在較大種類差異。通過能指示水體貧、中和富營養水體的硅藻比較，篩選了穀皮菱形藻Nitzschia palea，舟形藻Navicula sp.，梅尼小環藻Cyclotella meneghinia，直鏈藻Melosira sp.，橋彎藻Cymbella sp.等五種，砷對硅藻的毒性大小為三價砷As(Ⅲ)＞五價砷As(Ⅴ)＞甲基砷MMA ＞二甲基砷DMA，不同硅藻對砷的毒性回響不同，其中穀皮菱形藻對As(Ⅲ)具有強耐受性EC50為40.43 mgL-1，舟形藻對砷最敏感As(Ⅲ)EC50為0.62 mgL-1。（2）氨氮、硝態氮、腐殖酸和多不飽和醛等表面信息化合物影響砷在硅藻表面化學行為及吸附機制。從生長、抗氧化酶系統、光合系統以及超微結構四個方面比較穀皮菱形藻和梅尼小環藻，穀皮菱形藻葉綠體中出現大量的電子密集型黑色顆粒而未呈現顯著脅迫作用，而梅尼小環藻存在著顯著的氨氮氧化脅迫和光合脅迫作用，闡明了富營養污染水體中硅藻對硝態氮的吸收優於銨態氮的抗光合及鹽脅迫作用的耐性機制；腐殖酸介導作用強弱與硅藻種類相關，不同硅藻耐受性存在差異，硅藻對As(III)的EC50值提高1～3倍，腐殖酸介導機理在於絡合作用改變了砷在硅藻細胞界面分布及細胞內活性氧含量，三維螢光光譜(EEMs)證實胞壁與胞內砷濃度變化，傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表明吸附態腐殖酸羧基基團占用了砷離子的部分有效吸附位點；增加PUAs會使硅藻對As的生物吸收效率上升23～47%。（3）砷複合污染作用機制複雜且不確定性較強。如As(III)與DMA複合污染的聯合作用差異，當0.04 mg L-1DMA與0.32 mg L-1As(III)複合污染對硅藻表現為相加效應，而與0.86 mg L-1 As(III)複合污染則表現出拮抗效應。（4）失活硅藻的吸附作用因氨基和巰基官能團的介入可以得到顯著提高，改性失活硅藻表面的動力學行為和吸附等溫線分別能用準二階動力學方程和Langmuir-Freundlich模型進行良好描述。共發表論文11篇，其中SCI論文6篇；獲得國家發明專利1項；培養研究生共5人。