隨著納米科技的發(fā)展,越來越多的納米材料應用到我們的日常消費品中,這些納米顆粒物(Nanoparticles,NPs)通過人們的日�；顒�,不斷地且不可避免地進入到環(huán)境中。納米顆粒物尺寸小,比表面積大,具有獨特的物理化學性質(zhì)和生態(tài)毒性,還可能成為其他污染物的載體,具有潛在的環(huán)境風險。環(huán)境中NPs的鑒別、表征、定量分析和其環(huán)境風險,一直是環(huán)境中NPs研究中的重點和難點。因此,本研究通過聯(lián)用各種分析技術(shù),如氣溶膠化技術(shù)、單顆粒電感耦合等離子質(zhì)譜(SP-ICP-MS)、金屬形態(tài)分析法、電子顯微鏡技術(shù)等,重點研究了三種典型的環(huán)境樣品(即城市道路灰塵、城市污泥和沉積物)中金屬及含金屬NPs,并對這些金屬及含金屬NPs的環(huán)境風險進行了評價。另外,還建立了沉積物中NPs的分離提取方法。城市道路灰塵、城市污泥和沉積物都是環(huán)境中NPs重要的匯。選擇毗鄰長江口水域的超大城市上海為本研究的研究區(qū)域,其城市道路灰塵、城市污泥和城市河口沉積物都具有很好的代表性�；赟P-ICP-MS技術(shù),通過超聲分散,優(yōu)化了沉積物中NPs分離提取方法中的各項條件參數(shù)。研究中,通過在沉積物樣品中加入已知濃度和粒徑大小的Au NPs、Ag NPs作為標準物質(zhì),同時測定樣品中Ti-NPs、Zn-NPs、Au-NPs、Ag-NPs的濃度和粒徑分布,綜合考慮沉降和過濾分離方法、沉降時間、超聲功率、超聲時間、固水比、提取時的溫度等因素對樣品中本身含有的NPs(Ti-NPs、Zn-NPs)和加入的標準NPs(Ag-NPs、Au-NPs)的影響,得到沉積物中NPs分離提取的最優(yōu)條件參數(shù)。研究表明,NPs和大顆粒分離的最佳方法為沉降法,沉降時間6h,最佳的超聲功率、超聲時間、水固比和提取溫度范圍分別為285 W、20 min、0.4 mg/m L和15-25℃。通過上述沉積物中NPs的分離提取方法,以長江口濱岸沉積物為例,對城市河口沉積物中含Ti、Zn的NPs的濃度和粒徑分布進行了測定,并通過BCR連續(xù)提取法和DTPA/CaCl_2單一試劑提取法,對沉積物中金屬的形態(tài)及其生物可利用性進行評價。研究結(jié)果表明,鹽度是影響沉積物中含Ti的NPs遷移、分布的一個重要因素,這些含Ti的NPs很可能來源于Ti的生物不可利用部分,這一事實表明,傳統(tǒng)的金屬環(huán)境風險評價方法中認為環(huán)境安全的殘渣態(tài),很可能并不安全。沉積物中含Zn的NPs和溶解態(tài)Zn均來源于Zn的可生物利用部分,其遷移、分布可能是鹽度、TOC等因素共同作用的結(jié)果。濱岸沉積物中含Ti的NPs的粒徑、顆粒濃度、總量及溶解態(tài)Ti的變化范圍分別為25.4-34.1 nm、2.16×10~7-9.8×10~7 parts/mg、3.29×10~(11)-2.04×10~(12) nm~3/mg、7.38-43.19μg/g,平均值分別為30.9nm、5.57×10~7 parts/mg、9.07×10~(11) nm~3/mg、22.20μg/g;濱岸沉積物中含Zn的NPs的粒徑、顆粒濃度、總量及溶解態(tài)Zn的變化范圍分別為18.9-34.4 nm、1.86×10~6-1.52×10~7 parts/mg、2.05×10~(10)-1.12×10~(11) nm~3/mg、0.9-14.05μg/g,平均值分別為24.6nm、6.71×10~6 parts/mg、4.79×10~(10) nm~3/mg、6.26μg/g。另外,濱岸沉積物中Cd、Cu、Zn、Pb均受到了不同程度的污染,其中Cd污染最嚴重。沉積物中Mn、Zn、Cd更可能以碳酸鹽結(jié)合態(tài)的形式存在于沉積物中,當環(huán)境pH發(fā)生變化時,這些金屬容易溶解并釋放,而Cu、Pb則更可能以有機結(jié)合態(tài)的形式存在于沉積物中,這部分金屬很容易被植物吸收利用。通過SP-ICP-MS,在金屬的生物易利用部分中檢測出了含Ti、Fe、Zn的NPs,其濃度范圍為10~6-10~(11) parts/g,這些NPs在這些常用的沉積物中金屬的生物可利用性評價方法中都被忽視了。以上海城市污水處理廠污泥為例,通過聯(lián)用金屬連續(xù)提取法和SP-ICP-MS技術(shù),對城市污泥樣品進行了研究,證實了各種金屬形態(tài)中含金屬NPs的存在,并通過透射電子顯微鏡技術(shù)來鑒別污泥中NPs的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及化學組成。研究結(jié)果表明,很多城市污泥樣品中Cr、Cu、Cd、Ni、Zn、Pb的濃度都很高,超過了國家農(nóng)用污泥中污染物控制標準中允許的最大值。雖然污泥中NPs所占的體積百分比很小,但是其顆粒數(shù)卻占到總顆粒數(shù)的一半左右,通過電鏡技術(shù),鑒別出其中主導的NPs為含Ti、Fe、Zn、Sn、Pb的NPs。通過SP-ICP-MS技術(shù),證實了酸可提取態(tài)中含Ti、Fe、Zn的NPs的存在,其的濃度范圍為10~7-10~(11) parts/g,這些NPs在傳統(tǒng)的金屬風險評估方法中都被忽視了,這說明基于傳統(tǒng)的金屬連續(xù)提取法對污泥中金屬的環(huán)境風險進行評估可能會造成金屬濃度的低估或錯誤評估�，F(xiàn)階段,關(guān)于城市道路灰塵再懸浮而產(chǎn)生的NPs的研究較少,這些NPs具有很強的潛在健康危害。以上海城市道路灰塵為例,基于灰塵的氣溶膠化技術(shù),對66個城市道路灰塵樣品進行了分析,包括氣溶膠化和未氣溶膠化灰塵樣品的金屬含量、粒度分布及主導NPs的鑒別和表征。研究表明,金屬元素在灰塵的氣溶膠化過程中發(fā)生了富集。在交通流量密集的中心城區(qū),氣溶膠化灰塵中高濃度的金屬濃度與其交通量有關(guān)�；陔娮语@微鏡技術(shù),鑒別出道路灰塵樣品中各種含F(xiàn)e、Pb、Ba的NPs和其他典型的NPs,它們來源各異,其中含Pb的NPs通常與Sn相關(guān),這可能來源于電子廢棄物。氣溶膠化灰塵樣品的粒度分布表明,大部分樣品在納米尺度(100 nm)內(nèi)出現(xiàn)主峰,這意味著吸入這些NPs可能導致嚴重的健康風險,并估算出上海城市道路灰塵中能以PM2.5的形式再懸浮的部分的平均濃度為3.2±0.7μg/mg。本研究表明,氣溶膠化技術(shù)是分離檢測灰塵中NPs的組成和特征的一種有效手段。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X502
【部分圖文】：

華東師范大學 2018 屆博士學位論文 第一章 緒論1.2.4.2 納米顆粒物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化NPs 在環(huán)境中主要的遷移轉(zhuǎn)化過程如圖 1-1 所示。NPs 可以通過地表徑流（Runoff）、揚塵（Dust）、干/濕沉降（Dry/wetdeposition）等過程在土壤-大氣-水環(huán)境中進行遷移和轉(zhuǎn)化。在大氣中，NPs 由于尺寸小，更容易受擴散過程影響，因此不容易從大氣中去除。然而，大氣中 NPs 可以快速地彼此聚集在一起，形成更大的顆粒（尺寸增長速度取決于顆粒和周圍環(huán)境的物理化學條件），或者附著在其他的大顆粒上，使得顆粒的尺寸增大，數(shù)量濃度減少，轉(zhuǎn)變?yōu)闅馊苣z積聚模式（Aerosol accumulation mode，100-2500 nm），從而可以通過干/濕沉降過程從大氣中去除（Gidhagen et al., 2004; Seinfeld et al., 2016）。

技術(shù)路線圖

購買自 PerkinElmer 公司。所用的 30 nm、60 nm 的納米金（Au NPs）溶液購買自 PerkinElmer 公司，80 nm PVP 包裹的納米銀（Ag NPs）溶液購買自Nanocomposix，三種納米材料的詳細信息表 2-1，圖 2-1 為三種材料的 TEM 圖像。表 2-1Au NPs 和 Ag NPs 的詳細信息Table 2-1 Detailed information ofAu NPs andAg NPs30 nmAu NPs 60 nmAu NPs 80 nmAg NPs實測粒徑（nm） 27 2.2 49 3.0 77 5.3濃度（μg/mL） 77.0 0.60 42.1 0.08 21.0 0.09Zeta 電位（mV） -- -23.4 -28.7--：未檢測

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2814350