工程纳米材料的环境行为.doc

工程纳米材料的环境行为及其生态风险 摘要：本文介绍了纳米材料的概念以及一些生活中的应用，并概述了其环境行为以及毒性效应和致毒机理，对生物体的影响。 1??纳米材料的生产、使用和排放? 纳米材料是指任何一维几何尺寸处于纳米尺度 1~100?nm ,?并具有特殊性能的材料.?根据化学组成,?纳米材料一般分为:?碳纳米材料,?包括单壁纳米碳管 SWCNTs 、多壁纳米碳管 MWCNTs 、富勒烯 C60 、炭黑等;?金属及氧化物纳米材料,?包括氧化物纳米材料 如纳米ZnO,?TiO2,?SiO2等 、零价纳米金属材料 如纳米铁,?银,?金等 和纳米金属盐类 如纳米硅酸盐,?陶瓷等 ;?量子点,?如CdSe,?CdTe等;?纳米聚合物,?如聚苯乙烯.?? 纳米材料可广泛地应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域.?据伍德罗威尔逊国际中心统计,?截至2009年8月25日,?在该中心网站自由登记的纳米产品已达1015种,?涵盖健康与保健、家居与园艺、电子产品与电脑、食品与饮料、切割、汽车、家用电器和儿童用品等八大类.?其中健康与保健类纳米产品最多 605种 ,?包括137种化妆品、155种织物、193种个人护理用品、93种体育用品、33种防晒霜和43种过滤器等.?纳米产品中用到最多的纳米材料是纳米银,?其次是纳米碳 包括富勒烯 ,?接下来依次是纳米锌 包括氧化锌 、纳米硅、纳米钛 包括氧化钛 和纳米金.?预计,?2010年纳米材料的生产量将达到几百万吨.?? 纳米材料在生产、使用、废弃过程中,?必然会通过各种途径以“三废”形式进入环境,?并造成一定的生态效应和人群暴露.?但迄今对纳米材料的排放方式和排放量等的研究报道非常少.?研究表明,?含纳米银的织物在洗涤过程中会释放出其所含的纳米银;?建筑物外墙涂料中的TiO2纳米颗粒会被雨水冲刷进入水体;?在废弃锂电池的回收过程,?其所含的纳米颗粒可能被释放出来.?K?hler等采用生命周期评价方法研究了典型纳米碳管的释放途径和规律.?为切实控制纳米材料的潜在污染,?有必要探明企业生产过程和纳米产品使用过程中纳米材料的排放特征及规律,?并从生命周期角度评估其风险,?提出清洁生产方案.?? 2 纳米材料的环境行为概述? 纳米材料进入环境后,?类似其他环境污染物,?也会在大气圈、水圈、土壤圈和生命系统中进行复杂的迁移/转化过程.?纳米材料会通过人类活动向大气排放和大气干/湿沉降等在地表 包括陆面和水面 与大气之间交换;?大气中的纳米材料还可能随大气环流等进行长距离的迁移扩散;?进入土壤的纳米材料可能发生迁移/转化行为,?如渗滤到地下水层、通过地表/地下径流等进入水体或被陆生生物 包括动物和植物 吸收积累而迁出土壤;?进入水体的纳米材料会发生复杂的水环境行为,?可能在水中分散并稳定悬浮,?也可能团聚而沉降到底泥中;?底泥中的纳米材料会因扰动等原因再悬浮;?水体中的纳米材料可能会因物理、化学、生物等作用而转化/降解;?转化前后的纳米材料都有可能被水生生物吸收积累;?环境中的纳米材料有可能通过呼吸、饮食、皮肤接触等途径对人体暴露,?危害人体健康.?但与其他环境污染物不同,?纳米材料之间会发生团聚与分散行为,?而显著影响其在环境中的归趋和效应.?因此,?纳米材料的团聚与分散行为是当前的一个研究热点. 现有研究表明,?一些自然源 火山爆发、沙尘暴、森林火灾等 和人为源 汽车尾气、秸杆燃烧、工矿活动等 产生的纳米颗粒或超细颗粒会进入大气,?发生复杂的大气光化学行为,?与共存污染物相互作用,?一定条件下,?会随气流进行长距离输送并对人体暴露.?但迄今鲜见纳米材料大气环境行为的研究报道.?? 目前,?已有较多纳米材料土壤环境行为的研究报道,?但基本局限于其在土壤孔隙环境中的迁移扩散.?研究目的主要有两个,?一是探明纳米材料穿透土层进入并污染地下水的潜力;?二是提高纳米材料 以零价铁为主 穿透土层进入并修复污染地下水的性能.?研究的纳米材料包括零价铁,?nC60,?SWCNTs,?TiO2,?SiO2和铝等.?为简化实验条件,?研究方法还局限在实验室内的土柱模拟,?鲜见野外实践研究.?土柱填塞材料以石英砂为主,?也有少量研究用土壤颗粒作为堵塞材料.?纳米材料在土壤孔隙环境中的迁移扩散性能受纳米材料的物理化学性质控制,?如颗粒大小、表面电荷及亲水性等.?土柱填塞材料的性质也会显著影响纳米材料的穿透能力,?如在石英砂和砂土中的穿透性能大于壤土和黏土,?穿透性能随土壤中可溶性有机碳含量增加而增加.?溶液性质会改变纳米材料和填塞材料颗粒的性质而影响穿透性能,?如随溶液离子强度增大,?纳米材料容易团聚而被填塞材料堵截.?溶液的流动速度也会影响穿透性能,?穿透性能随流动速度增加而增加.?这些研究提高了我们对纳米材料土壤环境行