腐殖酸对纳米颗粒藻类毒性的影响及机理

摘要

随着纳米科技的快速发展,纳米颗粒难免进入水环境。越来越多的研究发现纳米颗粒对一些水生生物具有毒性效应,但对制毒机理尚存争议,且绝大部分毒性研究忽略了实际水环境的复杂性及对毒性的可能影响。水中广泛存在的天然有机质(NOM)会与排入的纳米颗粒相互作用,影响其物理化学性质/行为和毒性效应,但迄今鲜见这方面研究。
　　 本文系统地研究了典型纳米颗粒的藻类毒性效应,深入解析了腐殖酸(HA)对纳米颗粒藻类毒性效应的影响及作用机理,取得了一些有价值的研究成果:
　　 (1)纳米颗粒的藻类毒性与纳米颗粒种类/性质有关,锐钛矿相纳米TiO2和纳米ZnO对小球藻有明显的毒性,4种纳米SiO2、纳米Al2O3和金红石相纳米TiO2对小球藻的生长没有显著影响。
　　 (2)光照条件能显著影响藻类生长,但遮光效应不是纳米TiO2和ZnO抑制藻类生长的主要机制。低浓度时,Zn2+离子的藻类毒性比纳米ZnO大,但浓度＞50 mg/L时,纳米ZnO的毒性大于Zn2+离子;同时,纳米ZnO溶出的zn2+离子浓度低于但毒性却显著大于微米ZnO。因此,Zn2+离子溶出不是纳米ZnO的唯一致毒因子,纳米颗粒团聚体对藻细胞的包裹及接触氧化损伤可能是重要原因。
　　 (3)一定浓度范围内溶解态和结合态腐殖酸均能显著降低纳米TiO2的藻类毒性,如纳米TiO2的96 h EC90为10 mg/L,但5 mg/L溶解态腐殖酸存在下却高达154 mg/L;100mg/L纳米TiO2对藻类的96 h抑制率为99.7％,而同样浓度下,10％HA(w:w)改性的纳米TiO2对藻类的96 h抑制率为79.1％。
　　 (4)腐殖酸可通过配体交换等吸附在纳米TiO2表面,通过空间位阻和静电斥力作用减少纳米TiO2和藻细胞的接触,显著减低藻细胞ROS和MDA的产量,减轻对藻细胞的氧化胁迫及细胞损伤,从而降低纳米TiO2的藻类毒性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 纳米颗粒生物毒性研究进展

1 纳米材料的生产、使用和排放

2 纳米颗粒的生物毒性

2.1 典型纳米颗粒的生物毒性效应

2.2 纳米颗粒的生物毒性机制

3 腐殖酸对纳米颗粒生物毒性的影响

4 论文研究思路及内容

第二章 典型氧化物纳米颗粒的藻类毒性效应

1 实验部分

1.1 实验材料

1.2 颗粒悬液和锌离子溶液的制备

1.3 藻类生长抑制实验

1.4 统计分析

2 结果与讨论

2.1 氧化物颗粒对藻类的毒性

2.2 微米ZnO、纳米ZnO和Zn2+对藻类的剂量-效应关系

2.3 纳米TiO2对藻类的剂量-效应关系

2.4 遮光作用对藻类生长的影响

3 小结

第三章 腐殖酸对纳米TiO2藻类毒性的影响及机理

1 实验部分

1.1 实验材料

1.2 实验方法

2 结果与讨论

2.1 纳米TiO2对腐殖酸的吸附等温线

2.2 腐殖酸对纳米TiO2物理化学性质的影响

2.3 溶解态及结合态腐殖酸对纳米TiO2藻类毒性的影响

2.4 纳米TiO2对藻类的氧化损伤

2.5 藻细胞内ROS含量变化

2.6 藻细胞的TEM图

3 小结

第四章 研究结论、创新点与展望

1 研究结论

1.1 典型氧化物纳米颗粒的藻类毒性及机理

1.2 腐殖酸对纳米TiO2藻类毒性的影响及机理

2 创新点

3 展望

参考文献

简历及攻读硕士学位期间的科研成果