本文關鍵詞：納米二氧化錳吸附重金屬銅、鎘離子特性及安全性評價

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【摘要】：在我國很多地區(qū),土壤銅、鎘污染問題已越來越嚴重,治理銅、鎘污染已成為保護糧食質量安全、保證人類健康的關鍵問題。本研究以高錳酸鉀和無水乙醇為原料,通過水-有機兩相法制備納米二氧化錳。探討了二氧化錳材料對水溶液中的銅、鎘的吸附去除機制;在此基礎上,利用粒徑相似且生物相容性較好的納米羥基磷灰石作為對比,進行水稻水培、蚯蚓試驗,從植物和土壤動物的角度,評價納米二氧化錳的生物安全性。以期為環(huán)境Cu2+、Cd2+污染治理提供的數據支持,為拓展納米二氧化錳及其相關產品修復銅、鎘污染水或土壤環(huán)境及其合理使用提供理論上的依據。主要研究成果如下:(1)制備了吸附性能較好的納米二氧化錳(n Mn O2)吸附材料水-有機兩相法制備的納米二氧化錳比表面積為141.66 m2/g;n Mn O2對Cu2+和Cd2+的吸附分別在500和225 min達到平衡,吸附過程符合準二級動力學模型(R2Cu=0.99;R2Cd=0.98)與Elovich模型(R2Cu=0.91;R2Cd=0.93)。Elovich擬合結果顯示,n Mn O2對Cd2+的吸附速率要高于Cu2+。通過Langmuir方程對其吸附過程進行擬合,其對Cu2+和Cd2+的最大吸附量分別為104.5(R2Cu=0.98)和89.1 mg/g(R2Cd=0.94);熱力學實驗結果表明,溫度升高有利于吸附反應的進行;n Mn O2對Cu2+和Cd2+的吸附在較高p H下效果較好。這種納米二氧化錳每吸附1mol的銅離子需要35.8元,而每吸附1mol的鎘離子需要73.8元,具有較佳的性價比。納米二氧化錳材料對環(huán)境中的Cu2+、Cd2+具有良好的吸附效果。(2)納米二氧化錳負載銅離子和鎘離子之后進入水稻幼苗植株之前不會釋放重金屬離子,明顯減輕了銅鎘對于水稻幼苗的生物量的影響,但是造成了更加嚴重的氧化應激反應。以納米羥基磷灰石為參照,研究納米二氧化錳納米顆粒復合銅、鎘對水稻幼苗的毒害作用。透射電子顯微鏡觀察證實了納米顆粒在水稻幼苗中的存在;小直徑納米顆粒對水稻幼苗的傷害更大,納米二氧化錳降低了水稻幼苗對重金屬的積累,其中分蘗節(jié)中重金屬含量最高,同時促進植株根系總長和總表面積。但是n Mn O2引起強烈的氧化應激反應。通過非損傷微測技術,證明了在納米顆粒復合重金屬后,銅、鎘并非以離子態(tài)轉移入植株體內。(3)納米二氧化錳增強了鎘對赤子愛勝蚓的急性毒性本實驗采用了比較高的劑量,以研究蚯蚓在納米顆粒復合重金屬的直接暴露下的急性毒性效應。結果表明,本材料雖然能夠顯著降低蚯蚓對Cd的積累量,但是能夠極顯著的激發(fā)赤子愛勝蚓抗氧化酶系統的應激反應。降低Cd對赤子愛勝蚓的LC50,在納米二氧化錳的協同作用下,Cd的毒性由“中毒級”提升到“高毒級”。Cu處理組中,蚯蚓未見死亡。
【關鍵詞】：納米二氧化錳 吸附 毒理 水稻 蚯蚓
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O647.3;X505;X171.5
【目錄】：

• 摘要6-7
• abstract7-14
• 英文縮略表14-15
• 第一章 引言15-23
• 1.1 銅、鎘污染概述15-17
• 1.1.1 銅、鎘的基本性質15
• 1.1.2 銅、鎘元素環(huán)境中的來源、存在形態(tài)及毒性15-17
• 1.2 銅、鎘污染的現狀17-18
• 1.3 吸附劑法吸附重金屬銅、鎘的研究進展18-19
• 1.3.1 活性炭類18
• 1.3.2 吸附樹脂類18
• 1.3.3 納米氧化物類吸附劑18-19
• 1.4 納米材料的制備及應用19-20
• 1.4.1 納米材料的制備方法19
• 1.4.2 納米吸附材料的應用19-20
• 1.4.3 錳氧化物材料在環(huán)境污染修復中的應用研究進展20
• 1.5 研究意義、目的及研究內容20-21
• 1.5.1 研究意義及目的20
• 1.5.2 研究內容20-21
• 1.6 技術路線21-22
• 1.7 本文創(chuàng)新點22-23
• 第二章 納米二氧化錳對銅、鎘的吸附性能研究23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 材料與方法23-26
• 2.2.1 納米二氧化錳的制備23
• 2.2.2 比表面積的測定23
• 2.2.3 水合粒徑的測定23-24
• 2.2.4 zeta電位的測定24
• 2.2.5 傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析24
• 2.2.6 X射線光電子能譜分析（XPS）24
• 2.2.7 銅、鎘的測定條件與方法24
• 2.2.8 吸附動力學試驗24-25
• 2.2.9 吸附熱力學試驗25
• 2.2.10 p H對銅、鎘吸附量的影響試驗25
• 2.2.11 數據處理與分析25-26
• 2.3 結果與分析26-34
• 2.3.1 納米二氧化錳材料的理化性質26
• 2.3.2 納米二氧化錳材料的XPS分析26-27
• 2.3.3 傅立葉紅外光譜(FTIR)分析表征27-29
• 2.3.4 等溫吸附曲線29
• 2.3.5 動力學吸附試驗29-31
• 2.3.6 不同p H下納米二氧化錳材料對銅、鎘離子的吸附31-32
• 2.3.7 不同溫度下納米二氧化錳材料對銅、鎘離子的吸附32-33
• 2.3.8 納米二氧化錳經濟成本分析33-34
• 2.4 討論34-36
• 2.5 本章小結36-37
• 第三章 納米二氧化錳及納米二氧化錳-銅鎘復合體對水稻幼苗的毒性效應37-49
• 3.1 引言37-38
• 3.2 材料與方法38-40
• 3.2.1 供試水稻品種38
• 3.2.2 供試材料38
• 3.2.3 水稻育苗38
• 3.2.4 納米懸濁液的制備38-39
• 3.2.5 水稻幼苗暴露過程39
• 3.2.6 植物電鏡切片的制備39
• 3.2.7 水稻根系發(fā)育及水稻生物量的測定39
• 3.2.8 根表面離子流速的測定39-40
• 3.2.9 水稻銅鎘含量的測定40
• 3.2.10 酶活性的測定40
• 3.2.11 數據分析40
• 3.3 結果與分析40-47
• 3.3.1 納米材料對水稻生物量的影響40-42
• 3.3.2 納米材料對水稻幼苗中銅、鎘含量的影響42-43
• 3.3.3 納米材料對水稻幼苗酶活性的影響43-44
• 3.3.4 納米材料對水稻根系發(fā)育的影響44
• 3.3.5 納米材料對水稻幼苗根系吸收重金屬離子的影響44-45
• 3.3.6 透射電鏡照片分析45-47
• 3.4 討論47-48
• 3.5 本章小結48-49
• 第四章 納米二氧化錳材料及納米二氧化錳材料-銅鎘復合體對蚯蚓的毒理學效應49-54
• 4.1 引言49
• 4.2 實驗材料與方法49-50
• 4.2.1 供試蚯蚓49
• 4.2.2 納米懸濁液配制49
• 4.2.3 試驗方法49
• 4.2.4 蚯蚓抗氧化酶活性的測定49-50
• 4.2.5 蚯蚓銅鎘含量的測定50
• 4.2.6 數據分析50
• 4.3 結果與分析50-52
• 4.3.1 納米材料復合銅、鎘對蚯蚓的LC50值50-51
• 4.3.2 納米材料對蚯蚓中銅、鎘含量的影響51-52
• 4.3.3 納米材料對蚯蚓酶活性的影響52
• 4.4 討論52-53
• 4.5 本章小結53-54
• 第五章 結論54-55
• 5.1 納米二氧化錳材料的吸附性能的評價及吸附機理54
• 5.2 納米二氧化錳對水稻幼苗的影響54
• 5.3 納米二氧化錳對赤子愛勝蚓的影響54-55
• 參考文獻55-67
• 致謝67-68
• 作者簡歷68

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：706328