【摘要】：近年來,基于納米技術的產品在生活的各個領域都得到了廣泛應用,從而在環(huán)境中釋放出大量的工程納米粒子(ENPs),使得生態(tài)系統安全存在潛在危險。ENPs與植物的相互作用會影響生態(tài)系統健康,此外,植物是陸地環(huán)境中的主要生產者,食用含有ENPs的植物或作物可以通過食物鏈將這些納米污染物傳遞給人類。一些可持續(xù)和可再生物質可以固定ENPs,如生物炭。因此,通過使用生物炭來固定和降低ENPs在糧食作物中的生物利用率是非常重要的,目前生物炭已廣泛應用于有機和無機污染物的修復。然而,關于生物炭與納米污染物的相互作用卻知之甚少。生物炭是一種富碳材料,通常將廢棄生物質在惰性或缺氧條件下通過熱化學轉化制備獲得。生物炭的益處包括但不限于:改善土壤物理化學特性以促進植物生長和提高經濟作物產量、環(huán)境污染物修復、碳固定和作為清潔能源資源。在本研究中,在不同熱解條件下制備生物炭,并使用一系列技術進行樣品表征,如 SEM、Raman、XRF,FTIR、XPS、TGA、XRD、Brunauer-Emmett-Teller(BET)和元素分析儀。實驗結果表明,在相對較高的溫度(≥500℃C),較長的保留時間(90 min),較低的升溫速率(1 ° C min-1)和氣體流速(20 Sccm)條件下,由精細生物質顆粒(200目)制備得到的生物炭,更有利于固定和吸附環(huán)境污染物。更重要的是,本研究中將制備的生物炭用于ENPs的修復。將三種糧食作物:小麥(Triticum aestiivum L.)、水稻(OOryza sativa L.)和玉米(Zea may L.)置于含有不同濃度(0、100、200、500、1000和2000 mg L-1)的銀(Ag),二氧化鈰(CeO2)和二氧化鈦(TiO2)ENPs的水培系統中培養(yǎng),并設置添加和不添加生物炭(@2%w/v)這兩組實驗。在僅含有ENPs的實驗組中,TEM-EDS結果表明ENPs以納米形式被細胞攝取并出現在植物組織中,并且會擾亂植物的生長、光合作用和氣體交換作用相關的生理學特性。相反,在含有生物炭的ENPs水培系統中,ICP-MS分析結果表明各元素在植物組織中的累積量顯著降低了,而且生物炭減輕了 ENPs的光毒性效應。同時,生物炭還通過提高生物質產量、增加根莖長度以及同化大量和微量營養(yǎng)素來促進植物生長。生物化學和EPR的分析結果證實了納米顆粒在植物中通過產生活性氧(ROS)(主要為超氧化物O2·-)從而導致氧化應激的致毒效應。此外,ENPs-生物炭復合物的XPS和FTIR測試結果揭示了生物炭中羧酸鹽、羥基和表面含硫官能團對ENPs的固定作用。這些結果都表明,添加生物炭是抑制食品作物中ENPs的生物有效性和富集的一種有效方法,從而實現植物和生態(tài)系統的納米安全。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X503.231
【圖文】：

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本文編號：2721388