水介質(zhì)中納米晶體顆粒nC60對活性氧自由基發(fā)生過程的作用機(jī)制.pdf

1、由于富勒烯C60的生產(chǎn)量及應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，C60將不可避免地在使用、排放、廢棄過程中進(jìn)入水體。C60極其疏水，在水介質(zhì)中以納米晶體顆?！皀C60”的形式存在，nC60在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為及其生物生態(tài)效應(yīng)一直倍受關(guān)注。C60分子在不同介質(zhì)中釋放或吸收自由基的能力各異，雖然在水介質(zhì)中形成的nC60不具備產(chǎn)生自由基的能力，但是大量有關(guān)nC60的生物毒性研究報(bào)導(dǎo)認(rèn)為nC60引發(fā)的生物效應(yīng)與活性氧自由基密切相關(guān)。本文首先探討nC60在水

2、中的形成規(guī)律，以及nC60性質(zhì)與釋放活性氧自由基能力之間的關(guān)系；其次通過建立產(chǎn)生氧自由基的反應(yīng)，探究nC60對氧自由基產(chǎn)生水平的影響，旨在揭示nC60對氧自由基發(fā)生過程的作用機(jī)制；最后通過研究nC60的去除評價(jià)nC60的毒性風(fēng)險(xiǎn)，并探討氧自由基與nC60的殘留毒性之間的關(guān)系。本文的主要研究成果包括以下幾個(gè)方面：
　　1. nC60的形成過程遵循“締合—分散—穩(wěn)定”的規(guī)律，水體中的成分對nC60的形成及性質(zhì)影響顯著。
　　運(yùn)用

3、非對稱流場流耦合靜態(tài)光散射技術(shù)監(jiān)測 nC60形成過程中的粒徑變化得出，疏水的C60在水中形成納米晶體顆粒nC60需經(jīng)過三個(gè)步驟：（1）疏水性的C60分子從初始形態(tài)中脫離并不斷與H2O分子締合；（2）形成大尺寸的納米晶體聚集體；（3）大聚集體分散成更穩(wěn)定的小顆粒。水體成分對nC60的形成過程影響顯著，其中，氫離子增多，離子強(qiáng)度增大將阻礙nC60形成，而天然腐殖質(zhì)、表面活性劑及懸浮固體的存在則促進(jìn)nC60形成。
　　2.粒徑分布及分散

4、狀態(tài)是影響nC60產(chǎn)生活性氧自由基的關(guān)鍵因素。
　　結(jié)構(gòu)緊湊的nC60聚集體表現(xiàn)為沒有光活性不能介導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生，而非離子表面活性劑TX100能誘導(dǎo)nC60釋放O2??與1O2。在nC60的形成過程中TX100促進(jìn)nC60的大聚集體分散成小粒子，nC60水懸液呈現(xiàn)出高分散狀態(tài)時(shí)檢測到氧自由基產(chǎn)生，說明nC60的分散狀態(tài)與氧自由基的產(chǎn)生直接相關(guān)。3. nC60與幾種活性氧自由基的作用機(jī)制各不相同，表現(xiàn)為催化 H2O2反應(yīng)，猝滅?OH

5、，抑制O2??產(chǎn)生，不與1O2反應(yīng)。
　　nC60能夠在黑暗中催化H2O2轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹椝釅A對HO2?/O2??，原因是nC60具有電子傳遞的能力將電子傳遞給H2O2，促進(jìn)HO2?/O2??的生成；nC60能夠“吸收”?OH，但反應(yīng)速率較慢受擴(kuò)散速度的限制；nC60抑制O2??的產(chǎn)生，原因是nC60作為電子受體搶奪電子傳遞鏈上原本要傳遞給O2的電子，導(dǎo)致O2被還原成O2??的機(jī)率變小。而對于單線態(tài)氧產(chǎn)生的體系，nC60既不干擾反應(yīng)本身

6、，也不與1O2發(fā)生反應(yīng)。
　　4.活性氧自由基的產(chǎn)生是nC60具有殘留毒性風(fēng)險(xiǎn)的重要原因。
　　通過混凝?沉淀?過濾水處理工藝評價(jià) nC60的去除效果，運(yùn)用發(fā)光細(xì)菌評價(jià)nC60經(jīng)過去除工藝后的殘留毒性。結(jié)果表明復(fù)雜的水體成分，如表面活性劑、天然腐殖質(zhì)及懸浮固體會不同程度地降低 nC60的去除率，導(dǎo)致 nC60殘留在過濾液中，增大其毒性級別。尤其是 TX100存在時(shí)，與 nC60表現(xiàn)出協(xié)同毒性，使殘留在濾液中的nC60產(chǎn)生氧自