纳米材料与共存重金属对浮游微生物的作用与机理

本项目拟采用特定表面官能团（羧基与氨基）修饰过的无机氧化物（四氧化三铁与氧化硅）纳米材料为研究对象，建立量化氧化物纳米材料表面酸基密度及常数的新方法。通过比较不同官能团修饰过的氧化物纳米材料在不同反应条件下对共存的重金属（砷与铅）污染物（砷与铅）的吸附特性，结合现代检测手段研究其对体系中共存重金属污染物的吸附机理。研究氧化物纳米材料的表面酸基、重金属污染物的形态分布、体系的环境条件(pH、离子强度和温度)等物理化学参数对吸附的影响。建立适合于纳米材料的表面酸基-形态吸附模型，量化氧化物纳米材料对体系中共存重金属污染物的吸附作用。比较氧化物纳米材料、重金属及氧化物纳米材料与同存重金属污染物对水中浮游微生物（藻类与水蚤)的毒理学效应。定量分析修饰过的氧化物纳米材料与共存重金属污染物体系的吸附环境行为和生物毒理学效应之间的关系是研究的重点。初步完成纳米材料与共存重金属污染物的水生生态安全评价。

项目采用共沉淀法合成了具有分离特性的纳米磁性复合微球，对其进行表面特定官能团修饰。纳米材料表征为氧化铁和氧化硅的核壳构造，具有介孔结构，大的表面积。在不同的反应条件（如初始浓度，时间，pH，温度等）下，研究和比较了纳米材料对共存的重金属污染物（铅和镉）的吸附特性，改性后的纳米材料对重金属吸附容量大大提高达到128.1和51.81 mg/g，溶液中腐殖酸及其它共存离子会对吸附产生影响。通过对纳米材料的吸附动力学、热力学模型及形态分析发现纳米材料对水中重金属和有机污染物具有选择吸附特性。建立了表面酸基-形态的吸附模型，可以量化纳米材料在特定条件下对重金属的吸附容量与作用。建立了纳米材料和共存重金属对浮游生物的毒理学检测与评价方法，发现低浓度纳米材料对重金属浮游生物毒性有协同加强作用，高浓度为协同减弱的效应。纳米材料主要是通过水化、吸附、沉积作用抑制浮游生物的生长。重金属则通过破坏细胞壁，导致细胞的ROS和MDA升高，杀死浮游生物。在水环境中，常见有机污染物能够减弱纳米材料对浮游生物的毒性，对重金属毒性作用几乎没有影响。因此，纳米材料对重金属的吸附及共存的有机污染物对纳米材料的作用是评价纳米材料与共存重金属体系水生生态安全的关键。