水环境中金属基纳米材料的污染特征研究

In regard to the present status of increasing ecological risks from nanomaterials in our country, this research intends to clarify the pollution characteristics of metal engineering nanomateriaos (MNMs) and evaluate their aquatic ecological risk by means of mathematical modeling and modern analytical techniques. Based on the use and emission inventory of the MNMs, we will establish the probabilistic material flow model with the mass balance equations, Monte Carlo (MC) algorithm and Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithm and propose the evaluating methods about ecological risk of metal nanomaterials in view of mathematical simulation. Then we will establish the detection methods, it is chiefly to explore the pollution levels and species distribution. The results will provide not only theoretical supports to the assessment of contaminated metal nanomaterials’ ecological risk, but also references to protect our aquatic ecological safety.

针对我国纳米材料的环境污染日益增大的实际状况，本项目拟采用数学建模方法和现代分析技术，围绕金属基纳米材料在水生环境中的污染特征开展研究。在编制典型金属基纳米材料使用与排放清单的基础上，结合质量平衡方程、蒙特卡罗（MC）算法和马尔科夫链蒙特卡罗（MCMC）算法构建MNMs的物质流概率分析模型，从数学模式角度给出金属基纳米材料的污染水平；然后建立金属基纳米材料的检测方法，重点研究环境水体中典型金属基纳米材料的污染水平和形态分布，并根据分析结果对上述物质流概率分析模型进行比对和校正，最终实现研究区域内MNMs的水生生态风险表征。研究成果可为工程纳米材料的生态风险评估提供理论支持，同时还可为我国水生生态污染的防治提供参考依据。

本项目调查了湘江流域典型金属纳米材料纳米银的生产使用和排放情况，构建了基于纳米材料生命周期的概率物质流分析模型，建立了环境水体中金属基纳米材料的单粒子-电感耦合等离子体-质谱检测方法（SP-ICP-MS）、浊点萃取-电感耦合等离子体-质谱检测方法（CPE-ICP-MS）和反相液相色谱-电感耦合等离子体-质谱检测方法（HPLC-ICP-MS），在此基础上完成了对环境水体中典型金属基纳米材料的浓度检测和形态分布研究，并实现了研究区域内典型金属基纳米材料的生态风险表征。研究结果为评估我国水环境中金属基纳米材料的潜在环境生态风险，保障水生态安全提供了理论依据和技术支撑。