碳纳米管与邻苯二甲酸酯的环境地球化学行为及其对地微生物的复合毒理效应

碳纳米材料和邻苯二甲酸酯的大量应用，势必会泄露到环境中，并可在环境中发生反应,改变彼此环境地球化学行为，同时对地微生物的毒理机制也会随之改变。为此，本项目首先在不同pH、硬度、天然有机质等条件下，研究碳纳米管（商用、纯化及功能化的碳纳米管）和邻苯二甲酸酯的复合环境地球化学行为，并在此基础上进一步利用环境生物地球化学、地微生物学和环境毒理学的理论与现代生化分析、显微分析与微量热分析等技术手段，从细胞外部形态、细胞内部生化指标（氧化还原体系及细胞凋亡等调节指标）、蛋白表达以及细胞受胁迫后释放的代谢热等方面综合阐述碳纳米管和邻苯二甲酸酯对原核和真核地微生物的复合毒理效应，揭示碳纳米材料和邻苯二甲酸酯的环境地球化学行为及不同地微生物对其的响应机制。本项目不仅能了解碳纳米材料与有机污染物的环境地球化学行为，也为多学科交叉研究纳米材料的生物安全性提供重要的科学依据和技术支撑，有着重要的科学及现实意义。

项目围绕碳纳米管（carbon nanotubes, CNTs）与邻苯二甲酸酯（Dialkyl phthalate esters，DPE）的作用机制及潜在的生物效应问题开展了系列研究工作，并取得了一些具有意义的成果。（1）CNTs与DPE的界面作用机制研究：采用单壁（SWCNT）、多壁CNTs（MWCNT）和不同官能化的CNTs，揭示CNTs对DPE的吸附主要取决于CNTs的表面积和DPE的疏水特性，CNTs表面与DPE分子之间也会通过π-π作用力吸附。单点吸附强度与有机物的Kow具有一致性。此外，证明-COOH、-OH、-NH2等官能团通过空间位阻减少CNTs的可吸附电位，进而减弱对DPE的吸附；（2）pH、金属离子、溶解有机质(DOM)等水环境条件对CNTs与DPE的作用的调控机制：随pH的升高，CNTs会产生负电性，与DPE分子产生斥力，降低对DPE分子的吸附，而通过加入金属离子（如铜离子）则会增加CNTs对DPE分子的吸附。此外溶解性有机质的介入，则会与DPE分子竞争CNTs表面的吸附电位，降低DPE的吸附。在较低浓度，有机质与DPE分子竞争强烈，而高浓度有机质存在下，通过与DPE分子形成络合物，减弱DPE的吸附。CNTs、DPE和有机质的不同反应顺序（(DPE-HA-CNT)、(HA-CNT)-DPE、(DPE-CNT)-HA和(DPE-HA)-CNT）最终也会保证三者的反应达到平衡，趋于一致；（3）CNTs与DPE（或重金属）的复合毒性效应：从生长曲线、生化指标、基因表达和代谢活性等角度阐明CNTs与DPE对典型环境微生物（枯草芽孢杆菌）的复合毒性，相比空白实验，CNTs和DPE均会产生一定的毒害，尤其含有COOH和OH官能团的CNTs。复合条件下，两者会增加其毒性。当CNTs与重金属离子（Cu和Cr）复合条件下，会增加对环境微生物群落结构的影响，也会降低总DNA数量。因此，CNTs与环境污染物的复合环境下，会加重对其环境微生物的毒理效应。通过CNTs与DPE的作用机制、水环境要素的调控机制，再到CNTs与DPE的复合毒性效应等成果将为评价CNTs与DPE的环境地球化学行为起到重要的指导作用。通已在国际知名SCI期刊上发表科研论文7篇、EI论文2篇。培养研究生3名，1名毕业。