海洋酸化条件下重金属和金属纳米颗粒的环境行为及其对海洋生物的影响

工业革命以来,海洋吸收人类排放的CO_2,导致地球表层海水碳酸盐浓度和pH持续下降,使得全球海洋出现酸化现象.海洋酸化(ocean acidification,OA)除直接威胁海洋生态系统的稳定外,还通过改变海洋污染物的环境行为间接改变其对海洋生物的毒性效应.本文以重金属和金属纳米颗粒(metallic nanoparticles,MNPs)等环境污染物作为主要的研究对象,通过对OA的成因进行深入分析,重点研究OA改变重金属的存在形态和影响金属纳米颗粒的溶解、悬浮、迁移等一系列过程的主要机理,探明这些重金属和MNPs的关键环境过程的改变对海洋生物个体的影响,并对其造成的毒性差异进行了重点分析.最后对OA与共存污染物毒性效应进一步需开展的研究工作进行了重点展望.     

微塑料环境赋存及其与有机污染物的作用机理研究进展

微塑料(MPs)普遍存在于全球各种环境介质中,可以吸附共存的污染物,尤其是有机污染物,进而改变其环境行为和毒性,也可以通过吸附/解吸作用促进污染物在不同介质中的迁移. MPs与有机污染物的吸附影响因素及其作用机理是准确评估MPs和有机污染物环境风险的必要信息.因MPs成分、结构、表面特征等的复杂性及其共存有机污染物的多样性使两者的相互作用十分复杂.本文对MPs在环境介质中的赋存、迁移、吸附有机污染物的影响因素及其相互作用机理进行了系统总结,以期为进一步评估MPs的环境行为和生态风险提供参考.     

碳纳米材料的环境降解及其降解机制

碳纳米材料(carbon nanomaterials, CNMs)是一类具有优异物理化学特性的新型材料. CNMs在广泛应用过程中不可避免地进入环境,对环境中的生物体造成一定危害.同时,环境中的CNMs在自然条件下可能会发生降解,而降解后的CNMs由于材料结构和性质上的改变进而影响其生物毒性.因此,亟需对CNMs环境降解途径系统地进行探究和总结.本综述围绕CNMs的生物降解和非生物降解这两种主要的降解方式展开.生物降解包括酶降解、细菌降解和细胞降解,非生物降解则重点阐述了光降解和(光)化学降解这两大过程.通过系统总结降解的反应条件、降解终点、中间产物和终产物等降解特性,最终揭示了CNMs环境降解的规律和机制.此外,我们结合尚未明了的降解机制和降解的环境限制条件对CNMs降解研究中面临的挑战和发展方向进行了展望.本综述为深入理解CNMs的环境归趋和长期环境风险提供了重要的理论支持.     

微塑料介导重金属在陆生植物中迁移及生物效应的影响

随着地膜在现代化农业中的广泛应用,微塑料在土壤中的残留问题日益严重。环境中释放的微塑料可能会与先前存在的重金属相互作用,导致生物效应(生物积累/毒性),并对人类健康和农产品安全构成威胁。目前,大多数研究集中于单一影响因素在土壤系统中的暴露和转化分析,有关微塑料和共存金属对环境联合影响的相当有限。本文综述了微塑料与重金属来源、相互作用机理与影响因素的研究现状,阐述了陆生植物对二者联合污染的生理响应。此外,未来的研究还应重点探讨微塑料与重金属共同在植物上暴露的具体分子机制、通过食物链对人类健康的影响、与其他混合污染物联合作用及微塑料老化过程对重金属迁移动态变化过程的影响。     

纳米富勒烯(nC60)的生态毒性效应

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料的应用日趋广泛.同时,纳米材料的大规模生产和应用对人体健康与生态环境可能产生的安全风险也引起了人们的普遍关注.富勒烯是应用最广泛的纳米材料之一,在水中能形成稳定的水溶性纳米颗粒,进而增大其在环境中的迁移性与生物暴露几率.然而目前对纳米富勒烯(nC60)的环境和毒性效应还知之甚少.本文综合评述了水溶性nC60纳米颗粒的制备、稳定机制、在环境中的迁移特性及其与环境中污染物的相互作用,并着重阐述了nC60可能产生的生物毒性效应.分析表明,nC60的生物毒性效应主要与nC60的表面化学特性和颗粒大小有关,同时环境介质也影响nC60的毒性.最后讨论了nC60生态环境效应研究中应加强的若干方面.     

环境持久性自由基的污染特征与生成机理

环境持久性自由基(environmentally persistent free radicals, EPFRs)是一类新的环境有害污染物,具有环境持久性和潜在毒性,能够造成机体DNA损伤.目前国内外对EPFRs的环境污染特征、来源及生成机理等的研究还处于起步阶段,对EPFRs的毒性效应和风险控制研究有待深入.本文首先简要总结了EPFRs的毒性、分析方法和环境污染特征,重点讨论了EPFRs的产生机制和关键影响因素,提出研究EPFRs与二噁英等有机污染物生成的相关关系的重要性,展望了未来对于EPFRs的研究方向.     

QSAR/QSPR在POPs归趋与风险评价中的应用*

持久性有机污染物(POPs)是目前备受国际社会关注的高危害性有机污染物,对它们的环境归趋分析和风险评价需要获得大量可靠的性质数据和毒性数据,而定量结构活性/性质相关(QSAR/QSPR)方法为快速有效地获得这些数据提供了可能性。QSAR/QSPR模型已在预测POPs的生物活性/性质,补充缺失的基础数据及探求POPs的环境过程机制和生态效应机理等方面得到了广泛应用,近年来也在新POPs物质的筛选、归趋模拟以及风险评价等方面有着更进一步的应用或潜在应用前景。本文介绍了QSAR/QSPR在POPs性质和生物活性预测中的基本应用及其在POPs归趋和风险评价中的扩展应用,并对QSAR/QSPR在POPs研究领域的应用前景进行了展望。     

纳米零价铁与重金属的反应:“核-壳”结构在重金属去除中的作用

重金属是一类毒性较高、处理难度较大的环境污染物.纳米零价铁因为具有高效分离、固定重金属的潜能而受到广泛关注.其独特的纳米级核壳结构和表面性质使纳米零价铁能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去除重金属.现代仪器分析手段的进步,特别是高分辨电子显微成像技术的发展,为深入研究纳米零价铁的微观结构以及纳米零价铁与重金属的作用机理开辟了新的视角.本文重点讨论了纳米零价铁的结构、性质及其在重金属去除中的作用.研究借助高分辨率的球差校正扫描透射电镜(Cs-STEM)成像,配合高灵敏度的X射线能谱仪(XEDS)进行化学分析,旨在更好地了解纳米零价铁的精细结构及其与重金属的界面反应过程和机理.在深入理论研究的同时,通过"小试—中试—工程"逐级放大的方法,系统论证了纳米零价铁处理重金属废水的可行性.结果表明,纳米零价铁可有效、同步去除实际废水中铜、砷、铅、锌等多种重金属,并具有较高的去除负荷.     

纳米零价铁在水相反应中的表面化学和晶相转化

纳米零价铁在水相中的表面化学特性和晶相等性质变化,将影响其反应活性及环境归趋等.总结近期课题组关于纳米零价铁在水相中表面化学和晶相转化的研究进展,为纳米零价铁污染控制化学提供基础理论.重点探讨水中有无溶解氧、不同水力学条件复氧（静态和扰动）、重金属共存、无机阴离子共存对纳米零价铁颗粒表面化学特性和晶相转变的影响.同时也研究高分子电解质表面修饰后,颗粒在水相中表面及晶相的演变及对重金属去除性能的影响.研究表明,纳米零价铁与水相中的水分子、溶解氧、重金属离子及无机阴离子反应,零价铁失去电子演变为氧化铁、羟基氧化铁等;环境条件对颗粒结构性能产生影响,从而影响污染物去除效率及其在环境中的归趋.未来研究将重点探讨结构性能动态变化与不同污染物之间反应性能的影响,建立纳米颗粒的结构与性能之间关系模型,为纳米零价铁材料的环境应用提供理论依据.     

纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略

纳米零价铁直接还原降解有机污染物运行长效性差,且不能矿化有机污染物.利用纳米零价铁还原活化分子氧生成活性氧物种可以氧化甚至矿化有机污染物.在最近的研究中,作者提出了纳米零价铁活化分子氧的双途径机理,即铁核电子转移到氧化铁壳表面的双电子还原活化分子氧途径和氧化铁表面结合态亚铁离子的单电子还原活化分子氧途径,阐释了纳米零价铁核壳结构依赖的分子氧活化降解有机污染物性能机制及性能增强策略.证实在纳米零价铁活化分子氧体系添加少量亚铁离子能在零价铁表面形成更多的结合态亚铁,显著增强纳米铁表界面活性氧物种生成量;同时,在纳米零价铁活化分子氧体系中引入少量有机或无机配体亦可提高活性氧物种产生效率,从而增强有机污染物降解性能.最后讨论了典型环境因素如pH值、共存离子、天然有机物等影响纳米零价铁活化分子氧降解有机污染物性能的规律.     

铁基复合材料的制备及其对水中锑的去除

水体中重金属污染物锑因为具有较高的积累毒性和致癌性而受到研究者的广泛关注。近年来由于世界范围内的锑污染问题日益严峻,因此急需发展经济高效的锑污染处理技术。纳米Fe~0、Fe_3O_4以及FeMnO_x等铁基复合材料凭借其吸附能力强,易分离回收以及安全环保等特点而成为国内外锑污染去除领域的研究热点。本文总结了零价铁和铁氧化物复合材料以及铁基双金属氧化物的制备、改性方法及其对水中污染物锑的去除,重点分析了不同铁基复合材料对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附机理,总结了温度、p H、共存离子等外界环境对铁基复合材料吸附性能的影响机制,优选了最佳的吸附条件。最后介绍了现有锑污染去除研究中存在的主要问题,展望了铁基复合材料处理水中锑污染物的重点发展方向。     

水中金属纳米颗粒对细菌的光致毒性机理

金属纳米颗粒由于具有特殊的理化性质,被广泛应用于化学、光学和生物学等领域,使其在应用的过程中不可避免地释放到水体中。近年来,金属纳米颗粒对生态系统和人类健康造成了潜在危害,引起了日益广泛的关注。本文对目前水环境中存在的纳米颗粒的种类、来源、理化性质及金属纳米颗粒对细菌光致毒性的影响因素(光源波长、粒径大小、天然有机质和介质组分)进行了详细介绍,并通过有毒金属离子释放、活性氧自由基(羟基自由基、超氧阴离子自由基和单线态氧)产生以及粒径变化等光化学现象,阐述了金属纳米颗粒物对细菌的光致毒性机理。最后总结了目前金属纳米颗粒在环境行为和光致毒性研究中面临的主要问题,并在此基础上提出将来金属纳米颗粒光致毒性的研究方向(如金属纳米颗粒的定量结构-活性关系,其他污染物与金属纳米颗粒的复合光致毒性效应等)。     

铅锌对烟草复合污染程度的分析

随着工农业的发展,越来越多的污染物进入环境中共存并发生着复杂的相互作用[1]。因此对多种污染物相互作用形成的复合污染效应的研究已成为环境科学研究的重要方向[2-7]。其中重金属由于难以被生物降解,并可通过食物链富集,危害人体健康,而成为当今世界普遍关注的环境问题之一。在重金属污染中,铅污染的来源广泛,而且铅是毒性较大的重金属之一,因此铅对环境的污染尤为突出。锌是植物微量营养元素,同时也是环境污染元素。一些研究报道了Pb-Zn共存条件下二者的环境生态效应。如秦天才等[8]探讨了Pb-Zn复合污染对小白菜根系的生理生态效应,结…     

2022年《理化检验-化学分册》专题报道北大核心CSCD

《理化检验-化学分册》杂志将在近年开展专题报道的基础上,拟在2022年继续于第5、7、9期分别推出以“食品质量安全”“环境污染物”和“新材料成分”等分析对象为主的3期专题报道,热忱欢迎相关领域的检测技术人员踊跃投稿.具体内容涉及:1)食品质量安全分析目前我国食品质量安全保障体系已基本建成,但仍然面临很多问题,食品质量安全评价将迎来更智慧的新时代.本专题将重点关注食品添加剂,食品及食品接触材料中的药物残留、化学毒素、重金属等有害物质检测的新方法,以及纳米技术、生物芯片等新技术在食物安全快速检测方面的应用.2)环境污染物分析工业快速发展、农村城镇化过程、城市废弃物均对环境安全造成巨大威胁.本专题将重点关注环境介质中各种污染物种类、成分、存在形态及各形态含量的分析测定.研究对象包括传统典型污染物(如重金属与有机金属化合物、持久性有机污染物)、长期低剂量暴露污染物(如抗生素类药物、饮用水消毒副产物、藻毒素、环境内分泌干扰物)和灾害与紧急事件污染物.     

污染物监测、环境风险评估及污染物毒理机制研究进展

正随着世界经济快速发展,空气颗粒物(PM)、纳米材料、重金属、有机污染物等大量排放至环境中,威胁生态安全和人类健康。前不久,中国科学院重庆绿色智能技术研究院环境与健康研究中心团队在环境健康风险因子评估、环境污染     

环境中典型人工纳米颗粒物毒性效应

随着纳米技术和纳米材料在工业和生活中的大规模应用,大量的人工纳米颗粒物将不可避免地释放到环境介质(如水体、土壤、沉积物等)中。纳米颗粒物所具有的独特性质已引发人们对它们可能造成的健康风险和环境危害的关注和讨论。本文对目前环境中存在的几种主要典型人工纳米颗粒物的性质、来源、纳米毒性及影响纳米毒性的因素进行详细介绍,阐述了纳米颗粒物对生物的可能致毒机理。在分析纳米颗粒物毒性影响因素过程中,提出了纳米材料在环境中相关毒性研究展望。最后文中总结目前纳米材料在环境中的行为和毒性研究中所存在和面临的问题,并在此基础上提出将来纳米材料毒性的研究方向(如纳米材料的定量结构-活性关系,纳米材料表征技术及慢性毒性研究等)及需要改进的相关建议。     

纳米TiO_2材料对人类健康的环境风险分析

纳米二氧化钛具有卓越的物理化学性能,在环境、医学、电子信息等众多领域得到了广泛的应用.然而,随着纳米二氧化钛材料的广泛应用,它给环境及人类健康带来的潜在风险也开始引起人们的关注.相关研究表明,纳米二氧化钛颗粒或含纳米二氧化钛的材料对某些生物具有明显的毒性作用,且在特定条件下这种毒性作用会加强.本文对目前有关纳米二氧化钛应用中有关环境及健康风险的文献进行了综述,在介绍纳米二氧化钛材料在光催化作用等领域应用的基础上,分析了其对环境及人类健康可能带来的潜在风险,并提出了目前研究中存在的不足及进一步研究的建议.     

短链氯化石蜡的分析方法、污染现状与毒性效应

作为一种新型有机污染物,短链氯化石蜡(SCCPs)在2006年被列入斯德哥尔摩公约持久性有机污染物(POPs)候选名单。2017年5月第8次《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》缔约方大会上,SCCPs最终被列入了《公约》附件A受控POPs清单。我国是氯化石蜡(CPs)生产使用大国,其在环境介质中的含量处于较高水平。本文对SCCPs的分析方法、污染现状、环境中来源与释放及其毒性效应进行了综述,并针对目前存在的问题及研究需求进行了总结。     

珠江三角洲典型有机污染物的环境行为及人群暴露风险

珠江三角洲是我国经济最为发达的地区之一,也是环境污染问题最为严峻的地区之一。严峻的环境污染问题毫无疑问地将影响地区经济的可持续发展与人体健康。大量的研究表明,多种传统和新型的有机污染物在珠江三角洲各类环境介质、生物体、甚至人体中广泛存在。这些污染物包括多溴联苯醚(PBDEs)、多氯联苯(PCBs)、有机氯农药(OCPs)、有机磷酸酯类阻燃剂(OPEs)等。系统研究污染物的环境行为及人体暴露风险具有重要的科学和现实意义,可以为政策制定者采取有效的污染物控制措施提供科学数据支持。有机污染物在环境界面(沉积物-水、大气-水及土壤-水)迁移是控制其地球化学行为的重要过程。本文综述了珠江三角洲典型有机污染物的宏观环境行为、微观的环境界面通量测定技术、人体暴露风险三个方面的研究历史及现状,并总结了现有研究的不足,展望了研究趋势。     

短链氯化石蜡(SCCPs)的分析方法、环境行为及毒性效应研究进展

短链氯化石蜡(SCCPs)组成复杂,具有远距离环境迁移的能力、环境持久性、生物蓄积性和一定的生物毒性,已被提议列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的附件A、B或C.我国是氯化石蜡生产和使用最多的国家,且尚未限制SCCPs的生产.几个研究已揭示了SCCPs在我国的环境中存量较高,因此应对其所引起的生态环境风险和人体健康风险给予关注.本文重点评述了SCCPs的分析方法,包括样品前处理、色谱分离、质谱检测、定量分析及国际实验室分析比对情况,同时也对SCCPs的环境行为、生物累积和毒性效应进行了综述.