纳米污染物与“海（湖）雪”絮状物在湍流环境中相互作用的研究

With the wide application of nanotechnology, nanopollutants and their water environmental behaviors have attracted more and more attentions. Yet, little is known about the behavior of nanopollutants in turbulent environments. On the other hand, the "marine/lake snow" flocs are produced by the turbulence and like “snowflake”, which are very important for the patchiness and vertical transport of particulate matter in water and especial marine environment. Recent studies have shown that marine/lake snow played an important role in the enrichment and vertical migration of pollutants. In order to reveal the environmental behavior of nanopollutants in turbulent environments and their interactions with marine/lake snow, this project intends to take nano-titanium dioxide and carbon nanotubes as the model nanopollutants, utilize the rotating glass bottles on the roller table to simulate the turbulent environment, and study effects of nanopollutants to marine/lake snow in the initial formation and already formed stages on formation rate, morphology, physicochemical properties and microbial community. Meanwhile, the theoretical calculation models for the formation of marine/lake snow and aggregation of nanopollutants will be constructed and verified by the experimental observation. Moreover, the enrichment and distribution behaviors of nanopollutants in the micro interface of marine/lake snow-sea/lake water will be clarified. This project will provide an important reference for studying the behavior and environmental effects of particulate pollutants in turbulent environments.

随着纳米技术的应用，纳米污染物及其水环境行为受到人们越来越多的关注，但是目前对于纳米污染物在湍流环境中的行为了解的很少。另一方面，“海（湖）雪”是湍流环境中产生的像“雪花”一样的絮状物，对水环境特别是海洋环境的斑状性和颗粒物质的垂直运输具有重要的作用。最近的研究显示海（湖）雪在污染物的富集和垂直迁移上也扮演着重要的角色。为了揭示纳米污染物在湍流环境中的行为及其与海（湖）雪的相互作用，本课题拟将纳米二氧化钛和碳纳米管作为模型纳米污染物，利用辊台上旋转的玻璃瓶子模拟湍流环境，研究纳米污染物对海（湖）雪在初始形成和已经形成不同阶段，在形成速率、形态、理化性质以及微生物群落等方面产生的影响。同时，构建海（湖）雪形成和纳米污染物聚合的理论计算模型并进行实验观测和验证，阐明纳米污染物在海（湖）雪/海（湖）水微界面富集和分配行为。本课题为研究颗粒污染物在湍流环境中的行为和环境效应提供了重要参考。

随着纳米技术的应用，纳米污染物及其水环境行为受到人们越来越多的关注，但是目前对于纳米污染物在湍流环境中的行为及其与海雪等悬浮颗粒的相互作用了解的很少。本课题以纳米银为模型纳米污染物，在纳米银对海雪形成的影响及其微生物机制，纳米银对悬浮沉积物沉降的影响，颗粒形态组学，天然纳米银颗粒的形成、行为以及生态毒性等方面开展系统研究，取得的主要成果包括：（1）通过辊台模式试验，研究了纳米银对海雪形成的影响及其微生物作用机理；揭示纳米银对海雪的形成和聚集的抑制作用；发现纳米银显著降低了胞外聚合物合成和分泌的功能基因，可能是抑制海雪形成的关键而直接的微生物因子。（2）研究了纳米银对悬浮沉积物沉降的影响；指出纳米银能加速悬浮沉积物的沉降；阐明纳米银结合到沉积物增加沉积物尺寸导致沉降速率增加的作用机理。（3）提出了一种新的基于高通量动态图像分析的组学方法，称为“颗粒形态组学”；颗粒形态组学在探索形态多样性及其与形态参数的内在联系、评价样本相似性和基于样本形态特征进行聚类等方面具有潜在的应用价值。（4）研究了水体中紫外线照射下腐植酸还原水中银离子形成天然纳米银以及多环芳烃芘对该过程的影响；发现温度升高或pH值增加可以导致纳米银的形成增强；指出芘的存在会增强天然纳米银的稳定性，抑制其抗菌活性。本课题的研究发现为纳米污染物的环境行为预测和生态风险评价提供基础数据，扩大和深化人们对纳米污染物对地球化学过程影响的认识。

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