嵌入型纳米零价铁的稳定性及微生物毒性机制研究

发布时间：2017-08-09 23:06

  本文关键词：嵌入型纳米零价铁的稳定性及微生物毒性机制研究

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【摘要】：纳米零价铁是一种廉价的环境友好型材料,已经被广泛的用于污染土壤,地下水以及废水的原位和非原位修复。目前,研究表明纳米零价铁可以有效地去除一系列常见的环境污染物。然而,纳米零价铁存在的一个主要问题是由于磁性和范德华力的作用会使得其团聚成大颗粒,限制了纳米零价铁的应用。为了解决这个问题,我们通过利用载体材料来提升纳米零价铁的稳定性和反应活性。尽管纳米零价铁在环境修复方面有着诸多的应用,同时纳米零价铁也容易与人类、动物和微生物接触,对于纳米零价铁的生物性危害引起了人们极大的关注,所以,有必要评估和解决这些有毒纳米零价铁材料对微生物活性的影响。本文以碳热还原法制备了纳米零价铁/石墨化碳(nZVI/PGC)复合材料,纳米零价铁能够均匀的嵌入石墨化碳上,具有较大的比面积以及很好的稳定性和反应活性。采用XRD,BET,TG,SEM等表征方法对复合材料进行表征,并对罗丹明B(RhB)进行降解,考察复合材料对污染物的去除能力。同时还利用液相还原法制备出纳米零价铁(nZVI)和二氧化硅包覆型纳米零价铁(nZVI@SiO2),考察三种不同的纳米零价铁材料对大肠杆菌的毒性研究。结果表明:(1)筛选出的反应活性最高的Fe/Fe3O4/PGC复合材料对水中的RhB展现了高效的去除能力,而且RhB的去除随着样品投加量的增加以及pH值和RhB初始浓度的降低而升高,并且通过测定反应前后以及暴露在空气中一段时间后的XRD,说明了Fe/Fe3O4/PGC复合材料具有很好的稳定性。(2)通过生长曲线和菌落数的测定,可以看出Fe/Fe3O4/PGC材料对大肠杆菌的生长有抑制作用,染毒组的大肠杆菌明显低于对照组,且浓度越大,Fe/Fe3O4/PGC对大肠杆菌的毒性越大。(3)通过测定nZVI和nZVI@SiO2以及Fe/Fe3O4/PGC三种纳米零价铁对大肠杆菌细胞培养液的电导率变化情况及生化指标的影响可以看出,未经修饰的nZVI对于大肠杆菌抑制作用最明显,毒性明显高于nZVI@SiO2和Fe/Fe3O4/PGC材料。纳米零价铁与大肠杆菌接触会产生活性氧自由基,攻击大肠杆菌细胞发生脂质过氧化作用,且纳米零价铁浓度越高,损伤越严重。
【关键词】：纳米零价铁 大肠杆菌 罗丹明B 细胞毒性
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.811;X505
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 纳米材料的概述11-13
• 1.2.1 纳米材料的定义11-12
• 1.2.2 纳米材料的特性12-13
• 1.3 纳米材料的生物安全性研究13-18
• 1.3.1 纳米材料的转移和进入环境的途径14-15
• 1.3.2 纳米材料产生毒性的机理15-16
• 1.3.3 纳米材料毒性大小的影响因素16-18
• 1.4 纳米零价铁的应用和研究现状18-22
• 1.4.1 纳米零价铁在环境中的应用18-20
• 1.4.2 纳米零价铁在应用中存在的问题及发展20-22
• 1.5 论文的研究目的与内容22-24
• 1.5.1 论文的研究目的与意义22-23
• 1.5.2 论文的研究内容23-24
• 第2章 实验材料及表征方法24-28
• 2.1 实验试剂和实验仪器24-26
• 2.1.1 实验试剂和实验材料24-25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 材料表征方法及原理26-28
• 2.2.1 X射线粉末衍射（XRD）26
• 2.2.2 X射线光电子能谱（XPS）26
• 2.2.3 热重分析（TG）26
• 2.2.4 比表面积（BET）26-27
• 2.2.5 扫描电子显微镜（SEM）27
• 2.2.6 透射电子显微镜（TEM）27
• 2.2.7 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）27-28
• 第3章 嵌入型纳米零价铁的制备与表征及其性能和稳定性的研究28-47
• 3.1 引言28-29
• 3.2 嵌入型纳米零价铁材料29-45
• 3.2.1 嵌入型纳米零价铁的制备29-30
• 3.2.2 nZVI/PGC材料的表征30-34
• 3.2.3 nZVI/PGC材料对RhB去除研究34-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 纳米零价铁对微生物的毒性研究47-67
• 4.1 引言47-48
• 4.2 实验材料48-53
• 4.2.1 微生物的选择及实验试剂48
• 4.2.2 纳米零价铁材料的制备48-49
• 4.2.3 材料表征49-53
• 4.3 实验方法53-57
• 4.3.1 大肠杆菌的培养53
• 4.3.2 大肠杆菌生长曲线的测定53-54
• 4.3.3 电导率的测定54
• 4.3.4 纳米零价铁染毒大肠杆菌后扫描电镜的观察54-55
• 4.3.5 纳米零价铁对细胞酶活性的影响55-57
• 4.4 结果讨论与分析57-64
• 4.4.1 纳米零价铁对细胞生长的影响57-61
• 4.4.2 纳米零价铁对细胞培养液电导率的影响61-62
• 4.4.3 纳米零价铁对对细胞酶活性的影响62-64
• 4.5 纳米零价铁诱导细胞毒性的机制64-65
• 4.6 本章小结65-67
• 结论67-68
• 参考文献68-78
• 攻读学位期间发表论文78-79
• 致谢79-80

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本文编号：647713