纳米粘土矿物/抗生素之间的微观界面作用及对抗生素环境行为的影响机制

近年来，纳米材料的环境和生态风险引起世界各国的极大关注，已成为材料学、生命科学、医学、化学、物理学、环境科学等领域的研究热点之一。与此同时，细菌耐药性的不断增强是当前人类所面临的重大健康挑战之一，它与人们在日常生活中大量、频繁地使用抗生素类药物有直接的关系。抗生素类药物在环境中的行为及其可能造成的生态影响，也逐渐受到人们的关注。.本项目围绕抗生素药物及纳米颗粒的环境行为这两个前沿领域，以纳米粘土矿物和大环内酯类及磺胺类药物为研究对象，分析纳米粘土矿物以及与可溶有机质和铁铝氢氧化物形成的纳米复合体在南亚热带水环境中的存在形态及微观界面特征，研究抗生素药物在纳米粘土矿物和纳米复合体上的吸附/解吸和非生物转化特性，探讨微观界面作用与抗生素在南亚热带水环境中的环境行为之间的内在联系。本项目的研究工作有助于正确评估纳米颗粒和抗生素药物的潜在环境风险，为保障人体健康和生态环境安全提供科学依据。

本项目围绕抗生素药物及纳米颗粒的环境行为这两个前沿领域，以纳米二氧化钛、粘土矿物以及针铁矿作为环境中纳米矿物的代表，完成了纳米颗粒以及纳米复合物的制备工作，对其进行了元素组成、化学组成及表面特征等分析，其微观特征进一步说明纳米颗粒与可溶性有机质复合形成的纳米复合体具有高度的异质性，可在自然水体中迁移，不易沉降，环境因素将对其沉降性能造成影响，水体中广泛存在的溶解性有机质有利于纳米矿物颗粒在水体中的分散；研究了代表性大环内脂类药物泰乐菌素（TYL）和磺胺类药物磺胺二甲嘧啶（SMT）在纳米颗粒和纳米复合物上的吸附行为，吸附等温线呈现出明显的非线性，对于特定的粘土矿物和抗生素药物，药物在矿物上的吸附能力均随pH的增加而减小。离子交换、表面吸附、静电作用以及表面络合作用是可能的吸附机理。在上述研究基础上，考察了纳米铁氢氧化物对抗生素药物的非生物转化特性，研究发现，光解泰乐菌素的速率随着溶液pH值的增加先减小再增加，而与泰乐菌素的初始浓度及离子强度成反比，腐殖酸的存在有助于光解作用，而且腐殖酸的浓度越高，泰乐菌素的光解速率越快。泰乐菌素在针铁矿上的光解作用可能包括溶液中的均相反应和针铁矿表面的异相反应两个过程。本项目的研究工作有助于正确评估纳米颗粒和抗生素药物的潜在环境风险，为保障人体健康和生态环境安全提供科学依据。