纳米碳管与新型有机污染物的相互作用及对其生物有效性的影响

纳米碳管由于具有较大的比表面积和较强的疏水性，因此对疏水性有机污染物具有很强的吸附作用，进而会影响它们在环境中的迁移转化及生物有效性。目前，关于纳米碳管对有机污染物生物有效性影响方面的研究还较少，相关机制还并不清楚，尤其是对于一些新兴出现的有机污染物。本项目拟围绕纳米碳管对土壤中新型有机污染物生物有效性的影响及纳米碳管与新型有机污染物的相互作用机制展开一系列的研究。拟采用宏观吸附/解吸实验、生物富集实验、毒理实验与微观实验手段（包括红外、液相核磁等）相结合的方法，研究土壤的组成及结构特性、纳米碳管的结构特性、有机污染物的理化性质、老化效应、水化学条件等因素对新型有机污染物在纳米碳管上的吸附/解吸作用及生物有效性的影响。为评价纳米碳管进入环境后的行为以及潜在的环境和生态风险提供科学依据，为纳米碳管在这些领域的应用提供重要的理论基础。

纳米碳管由于具有较大的疏水比表面积及对有机污染物的强吸附能力，不仅可作为强效吸附剂去除环境中疏水性有机污染物，同时，环境中存在的纳米碳管对有机物的强吸附作用还会进一步影响它们的环境行为，因此，揭示纳米碳管对有机物吸附的微观机制及其对污染物生物有效性的影响具有重要意义。.本研究选取具有代表性的邻苯二甲酸酯类及抗生素类药物，通过批次吸附实验研究它们在单壁和多壁纳米碳管、功能化纳米碳管和改性纳米碳管上的吸附行为，还研究了水化学条件（pH值、Cu2+、可溶性腐殖酸和离子强度）对化合物在纳米碳管上吸附的影响。同时，进一步研究了土壤中不同类型和含量纳米碳管存在条件下，其对赤子爱胜蚓富集土壤中邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的影响。.纳米碳管对邻苯二甲酸酯的吸附非常强。各纳米碳管吸附强弱的顺序依次为：SWNT > MWNT-1020≈MWNT-2040 > MWNT-4060 > MWNT-OH≈MWNT-COOH。π-π EDA作用是邻苯二甲酸酯在碳纳米管上强吸附的主要机制。pH促进了邻苯二甲酸酯在碳纳米管上的吸附；离子强度（Na+和Ca2+）对邻苯二甲酸酯在碳纳米管上的吸附没有显著影响；Cu2+显著抑制了功能化碳纳米管的吸附能力；腐殖酸的存在显著抑制了碳纳米管对邻苯二甲酸酯的吸附。.与未处理的碳纳米管相比，二氧化锰负载后显著提高了纳米碳管对四环素和泰乐菌素的吸附，分别提高了5~8倍；两种抗生素在MnO2/MWNT上的强吸附机制可解释为π-π电子交互作用、阳离子-π键作用和路易斯酸碱对作用；pH显著降低了四环素和泰乐菌素在MnO2/MWNT上的吸附。腐殖酸降低了泰乐菌素在MnO2/MWNT上的吸附，而对四环素影响很小，主要原因是大分子腐殖酸不能有效地与四环素竞争MnO2/MWNT孔道内部的吸附位点。.蚯蚓对土壤中DBP的累积作用在14d后基本达到平衡，添加2.0mg/g的SWNT对蚯蚓生物富集DBP的抑制作用最强，其次为添加2.0mg/g的MWNT及添加0.2mg/g 的SWNT，碳纳米管不仅影响了土壤中DBP向环境中迁移量，对其迁移速度也有所影响；经过计算生物富集系数(ESAF)均小于1，表明蚯蚓对DBP不具生物放大作用，但是碳纳米管的添加仍使ESAF值明显减小，表明当环境中存在浓度较高的碳纳米管时，会显著影响疏水性有机污染物的生物有效性。