纳米氧化铝吸附铁离子及其对微藻的生长效应研究

摘要

本文首先研究了海水体系中纳米Al2O3对Fe离子的吸附过程，通过单因素和正交试验探讨了Fe初始浓度、海水pH和盐度等因素对吸附过程的影响。其次，以普通小球藻和球等鞭金藻为受试对象，用藻体的叶绿素a含量、蛋白质含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量为指标，研究了不同浓度和粒径的纳米Al2O3、与Fe共存的纳米Al2O3对海洋微藻的生长效应。主要结论如下：
　　(1)纳米Al2O3对铁离子吸附的平衡时间为15min，为准二级反应吸附，平衡吸附量qe为8.55mg/g。同等条件下(25℃、初始铁离子浓度为0.100～0.400mg/L)，30nm和80nm的纳米Al2O3对铁离子的吸附量无明显差异(分别为2.72～10.01mg/g和2.57～9.55mg/g);15～35℃下，两种粒径的纳米Al2O3对铁离子的吸附均符合Temkin模型，温度升高吸附量降低，以化学吸附为主;吸附过程的自由能变ΔG＜0，吸附自发进行。
　　(2)浓度为5～30mg/L的纳米Al2O3对铁离子的吸附量随浓度增大而降低(由14.78mg/g降到6.16mg/g)，但吸附率提高（由29.9％增到74.9％）;正交试验表明，纳米Al2O3浓度是影响其对铁离子吸附的主要因素。纳米Al2O3对铁离子的吸附量在pH为6.65～6.99时提高47.4％，为7.95～8.64时只提高8.5％;在盐度为0.0～29.5时，增加19.5倍，大于19.8时只增加10.8％。
　　(3)浓度为10和50mg/L的纳米Al2O3暴露5d对受试藻生长的影响均较小;浓度为100mg/L～2.5g/L时均有明显促进作用（平均叶绿素a相对增长百分比Y分别为22.0～44.9％和18.1～39.6％），2.5g/L对小球藻促进最明显，1.0g/L对球等鞭金藻促进作用最强;5.0g/L对小球藻仍有明显促进作用(Y为27.2％)，对球等鞭金藻则起抑制作用（Y为-4.7％）。粒径为30nm和80nm的纳米Al2O3对受试藻生长的影响差异不明显。
　　(4)综合受试藻的Y和蛋白质相对增长百分比X蛋白质值，纳米Al2O3对受试藻生长促进作用的浓度应为50mg/L～2.5g/L。受试藻的SOD和MDA相对增长百分比(XSOD和XMDA)随纳米Al2O3浓度的增加(100mg/L～5.0g/L)分别增加2.4～2.9倍和2.5～6.0倍，表明受试藻能够启动自身的抗氧化防御机制，抵抗氧化损伤，维持细胞生长。
　　(5)10～100mg/L的纳米Al2O3对受试藻的生长有促进作用(Y为1.2～20.6％)，铁离子的共存削弱了纳米Al2O3对小球藻生长的促进作用，在0.1～1.0mg/L范围内削弱程度减小（其叶绿素a相对增长百分比Z为-6.7％～-2.2％），在10～50mg/L范围削弱程度增大（Z为-18.1％～-29.8％）;对球等鞭金藻在0.1和50mg/L时削弱了纳米Al2O3对其生长的促进作用（Z为-3.0％和-4.2％），在1.0～30mg/L范围却加强了纳米Al2O3对其生长的促进作用(Z为2.8～10.9％)。此外，随纳米Al2O3浓度增大铁离子对受试藻生长促进作用的削弱程度减小（Z为-39.5％～3.6％），表明铁离子的存在掩盖了纳米Al2O3对受试藻生长的促进作用，纳米Al2O3又可以弱化铁离子所带来的影响。因为不同浓度的铁离子对受试藻的生长有促进或抑制作用，浓度为0.1～0.5mg/L对小球藻有促进作用（(Y)为1.6～2.4％），1.0～50mg/L为抑制作用（(Y)为-1.8～-30.4％），浓度为0.1～30mg/L对球等鞭金藻有促进作用（(Y)为5.1％～12.7％），50mg/L有抑制作用（(Y)为-9.1％）。

目录

声明

摘要

缩略语

第1章 绪论

1．1 纳米Al2O3

1．1．1 纳米Al2O3简介

1．1．2 纳米Al2O3制备方法

1．1．3 纳米Al2O3应用

1．1．4 纳米Al2O3的暴露途径

1．1．5 纳米Al2O3在水环境中的行为

1．1．6 纳米Al2O3毒理学

1．2 铁

1．2．1 海水中铁的含量及存在形态

1．2．2 铁对海洋浮游植物生长的影响

1．3 研究内容和意义

1．3．1 研究目的及意义

1．3．2 研究内容

第2章 纳米Al2O3对海水中铁离子的吸附

2．1 实验材料和仪器设备

2．1．1 纳米Al2O3和纳米Al2O3分散液

2．1．2 实验用海水

2．1．3 铁标准溶液和标准使用液

2．1．4 仪器设备

2．2 实验方法

2．2．1 纳米Al2O3的粒径与形貌表征

2．2．2 铁高于浓度测定

2．2．3 纳米Al2O3对铁离子的吸附实验

2．2．4 纳米Al2O3吸附铁离子的环境影响因素实验

2．2．5 正交试验

2．2．6 数据处理

2．3 实验结果和讨论

2．3．1 纳米Al2O3吸附铁离子的吸附行为和特征

2．3．2 纳米Al2O3吸附铁离子的环境影响因素

2．3．3 正交试验结果分析

2．4 小结

第3章 纳米Al2O3对微藻生长的影响

3．1 实验材料

3．1．1 纳米Al2O3分散液

3．1．2 实验藻种

3．1．3 实验所用试剂及其配制

3．1．4 实验仪器设备

3．2 实验方法

3．2．1 藻种培养和微藻生长曲线测定

3．2．2 不同浓度纳米Al2O3对微藻生长的影响实验

3．2．3 不同粒径纳米Al2O3对微藻生长的影响实验

3．2．4 纳米Al2O3对受试藻氧化应激水平的影响实验

3．2．5 数据统计与处理

3．3 实验结果和讨论

3．3．1 藻细胞生长曲线

3．3．2 不同浓度纳米Al2O3对受试藻生长的影响

3．3．3 不同粒径纳米Al2O3对受试藻生长的影响

3．3．4 纳米Al2O3对受试藻氧化应激水平的影响

3．3．5 综合效应

3．4 小结

第4章 纳米Al2O3与铁离子对微藻生长的影响

4．1 实验材料

4．1．1 纳米Al2O3分散液

4．1．2 实验藻种

4．1．3 实验所用试剂

4．1．4 实验仪器

4．2 实验方法

4．2．1 藻种培养

4．2．2 铁离子对微藻生长的影响实验

4．2．3 纳米氧化铝在铁高子共存下对微藻生长的影响实验

4．2．4 数据统计与处理

4．3 实验结果和讨论

4．3．1 不同浓度铁离子对受试藻生长的影响

4．3．2 纳米氧化铝在铁高子共存下对微藻生长的影响

4．4 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 纳米Al2O3对海水中铁离子的吸附

5．1．2 纳米Al2O3对微藻生长的影响

5．1．3 纳米Al2O3与铁离子对微藻生长的影响

5．2 研究不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢