莱茵衣藻对纳米氧化铜在水环境中的分布规律及去除效能的影响

摘要

本文采用莱茵衣藻作为研究对象，通过研究其对纳米氧化铜的吸附和吸收的效果及其对纳米氧化铜形态分布的影响，系统的阐述了莱茵衣藻对纳米氧化铜的去除和分布特征的影响，揭示莱茵衣藻对水环境中纳米氧化铜去除的可行性。采用多种手段对吸附过程中莱茵衣藻藻细胞及纳米氧化铜的形态进行了表征；通过静态批处理吸附试验，研究吸附的影响因素、吸附等温线、吸附动力学，考察了莱茵衣藻对纳米氧化铜的吸附性能，并探讨了其吸附机理；通过96h吸收实验分析莱茵衣藻的存在对纳米金属分散/团聚现象的影响，对其吸收效能的影响及纳米金属在水-水/微藻界面-胞内的分布规律的影响，并测定莱茵衣藻藻细胞胞外聚合物 EPS含量的变化，揭示其对吸收过程的影响。主要研究结论如下：
　　（1）FT-IR红外分析表明，莱茵衣藻藻细胞表面含有大量可以与金属离子结合的官能团，如羟基、羧基、氨基等，在莱茵衣藻对金属离子的吸收中扮演了重要的角色。BET分析表明，纳米氧化铜的比表面积较大，有利于吸附能力的增强，增大吸附容量，有利于纳米氧化铜被莱茵衣藻藻细胞胞外聚合物以及藻细胞细胞壁吸附。Zeta电位分析表明，纳米氧化铜的胶体稳定性较为不稳定，较容易发生凝结或凝聚，从而发生沉降。
　　（2）莱茵衣藻藻细胞对纳米氧化铜的吸附过程是个以生物化学吸附为主，单层覆盖和多层吸附共存的模式，莱茵衣藻藻细胞对纳米氧化铜的最大比吸附量为128μg/106个藻细胞。
　　（3）莱茵衣藻的存在有利于纳米氧化铜的离子溶出，最大增幅比例可达73.33％，这可能会降低纳米氧化铜在水环境中的生物有效性。
　　（4）莱茵衣藻的存在促进了纳米氧化铜的团聚沉降，使水中的纳米氧化铜含量下降，减少了纳米氧化铜对水生生物的毒性。
　　（5）莱茵衣藻藻液浓度的变化对纳米氧化铜在水相、藻细胞胞外、藻细胞胞内分布具有显著的影响，随着藻液浓度的增加，纳米氧化铜进入藻细胞胞内的比例明显下降。
　　（6）纳米氧化铜对莱茵衣藻藻细胞胞外聚合物的含量及组成成分影响较大，初期，藻细胞胞外聚合物含量增多，随着时间的推移，藻细胞胞外聚合物含量发生下降，但其总量仍然比初始含量高。
　　（7）莱茵衣藻藻细胞胞外聚合物中的多糖含量随纳米氧化铜浓度的变化明显，多糖的存在促进纳米氧化铜发生发生团聚、沉降从而大大降低了纳米氧化铜的生态毒性，并且大颗粒的纳米氧化铜相比较于小颗粒的纳米氧化铜更容易从水环境中去除。
　　（8）莱茵衣藻藻细胞胞外聚合物中的蛋白质含量随纳米氧化铜浓度的变化呈现先增后减的变化趋势，说明高浓度的纳米氧化铜对莱茵衣藻产生明显的损伤，随着时间的延长，损伤程度增加，影响藻细胞正常生长、代谢，造成胞外多聚物产量的下降，导致胞外多聚物中蛋白质含量的降低。

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1引言

1.1纳米金属概述

1.2藻类概述

1.3纳米金属的生物环境效应及其研究进展

1.4微藻对纳米金属归趋的影响

1.5研究目的和意义

1.6本文研究内容

1.7本文的技术路线

2材料与方法

2.1纳米金属溶液的来源及配制

2.2莱茵衣藻藻液溶液的来源及培养

2.3实验试剂与主要仪器

2.4材料表征方法

2.5实验方案及分析方法

3结果与讨论

3.1材料的表征

3.2吸附影响因素

3.3吸附平衡等温线分析

3.4吸附动力学分析

3.5莱茵衣藻藻对纳米金属分散团聚的影响

3.6纳米金属在水-水/微藻界面-胞内的含量变化

3.7胞外聚合物（EPS）含量的变化

4结论与展望

4.1本文的主要结论

4.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表论文情况