納米材料與共存重金屬對浮游微生物的作用與機理

《納米材料與共存重金屬對浮游微生物的作用與機理》是依託同濟大學，由唐玉霖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米材料與共存重金屬對浮游微生物的作用與機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐玉霖
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

本項目擬採用特定表面官能團（羧基與氨基）修飾過的無機氧化物（四氧化三鐵與氧化矽）納米材料為研究對象，建立量化氧化物納米材料表面酸基密度及常數的新方法。通過比較不同官能團修飾過的氧化物納米材料在不同反應條件下對共存的重金屬（砷與鉛）污染物（砷與鉛）的吸附特性，結合現代檢測手段研究其對體系中共存重金屬污染物的吸附機理。研究氧化物納米材料的表面酸基、重金屬污染物的形態分布、體系的環境條件(pH、離子強度和溫度)等物理化學參數對吸附的影響。建立適合於納米材料的表面酸基-形態吸附模型，量化氧化物納米材料對體系中共存重金屬污染物的吸附作用。比較氧化物納米材料、重金屬及氧化物納米材料與同存重金屬污染物對水中浮游微生物（藻類與水蚤）的毒理學效應。定量分析修飾過的氧化物納米材料與共存重金屬污染物體系的吸附環境行為和生物毒理學效應之間的關係是研究的重點。初步完成納米材料與共存重金屬污染物的水生生態安全評價。

結題摘要

項目採用共沉澱法合成了具有分離特性的納米磁性複合微球，對其進行表面特定官能團修飾。納米材料表征為氧化鐵和氧化矽的核殼構造，具有介孔結構，大的表面積。在不同的反應條件（如初始濃度，時間，pH，溫度等）下，研究和比較了納米材料對共存的重金屬污染物（鉛和鎘）的吸附特性，改性後的納米材料對重金屬吸附容量大大提高達到128.1和51.81 mg/g，溶液中腐殖酸及其它共存離子會對吸附產生影響。通過對納米材料的吸附動力學、熱力學模型及形態分析發現納米材料對水中重金屬和有機污染物具有選擇吸附特性。建立了表面酸基-形態的吸附模型，可以量化納米材料在特定條件下對重金屬的吸附容量與作用。建立了納米材料和共存重金屬對浮游生物的毒理學檢測與評價方法，發現低濃度納米材料對重金屬浮游生物毒性有協同加強作用，高濃度為協同減弱的效應。納米材料主要是通過水化、吸附、沉積作用抑制浮游生物的生長。重金屬則通過破壞細胞壁，導致細胞的ROS和MDA升高，殺死浮游生物。在水環境中，常見有機污染物能夠減弱納米材料對浮游生物的毒性，對重金屬毒性作用幾乎沒有影響。因此，納米材料對重金屬的吸附及共存的有機污染物對納米材料的作用是評價納米材料與共存重金屬體系水生生態安全的關鍵。