_纳米材料的环境行为与生物毒性
全球气候变化下的环境纳米毒性研究
全球气候变化下的环境纳米毒性研究随着全球气候变化的加剧，环境纳米毒性研究变得日益重要。
纳米材料的应用越来越广泛，但由于其独特的化学和物理特性，以及规模效应带来的变化，纳米材料对环境和生物体的毒性也引起了广泛的关注。
本文将探讨全球气候变化对环境纳米毒性的影响，并介绍当前的研究进展和挑战。
全球气候变化对环境纳米毒性有两个主要影响：一是气候变化对纳米材料的分布和转化产生的影响，二是气候变化对纳米材料与环境中其他污染物的相互作用的影响。
首先，气候变化对纳米材料的分布和转化产生了影响。
气候变化导致了温度升高、气候模式改变和极端天气事件增多，这些变化可能对纳米材料的环境行为和生物效应产生重要的影响。
例如，温度升高可能加速纳米材料的释放和迁移，导致纳米材料在环境中的分布和浓度变化。
同时，环境中的气候变化也可能影响纳米材料的稳定性和生物降解性，进一步增加对环境和生物体的潜在毒性。
其次，气候变化对纳米材料与环境中其他污染物的相互作用也产生了重要影响。
气候变化可能改变环境中的生物地球化学过程，例如土壤pH值、水体酸碱度等的变化，这些变化可能影响纳米材料的聚集、转化和吸附等过程。
另外，气候变化还可能改变生物体对纳米材料的响应，如植物、动物和微生物等可能受到气候变化的影响，对纳米材料的吸收、富集和转运产生不同的响应。
在全球气候变化的背景下，环境纳米毒性研究面临着一些挑战。
首先，纳米材料的复杂性使得纳米毒性研究变得具有挑战性。
不同类型和形状的纳米材料具有不同的毒性和行为特征，同时各种环境因素对纳米材料的毒性也存在差异。
因此，开展环境中纳米材料的毒性评估需要多学科的综合研究和合作。
其次，纳米材料与环境中其他污染物的相互作用也增加了研究的复杂性。
这些相互作用可能导致纳米材料的表面重新分布和修饰，从而改变纳米材料对生物体的毒性。
为了更好地理解全球气候变化下的环境纳米毒性，我们需要加强跨学科的合作研究和国际交流。
首先，需要建立全球范围内的纳米材料监测和评估体系，掌握纳米材料的分布和迁移规律。
纳米材料毒理与环境风险评估
纳米材料毒理与环境风险评估纳米材料是一种具有微小尺寸和特殊特性的材料，其潜在应用领域涉及药物传递、生物成像、节能等多个领域。
然而，随着纳米材料的广泛应用，人们也越来越关注其潜在的毒性和环境风险。
因此，进行纳米材料毒理与环境风险评估显得尤为重要。
首先，毒理学是研究物质对生命体产生的有害影响和作用机制的科学。
对纳米材料的毒性评估需要对其在生物体内的行为和相互作用进行全面、系统的研究。
研究表明，纳米材料可以通过吸入、口服、注射等途径进入人体，然后与生物体内的蛋白质、脂质、细胞等发生相互作用，进而影响细胞功能和生物体的正常生理过程。
因此，毒性评估研究需关注纳米材料的生物分布、代谢途径、生物活性等方面，以全面了解其对生物体的实际影响。
其次，环境风险评估是对纳米材料在环境中的潜在危害进行评估和预测的过程。
纳米材料在环境中的存在和释放可能会对生态系统和生物多样性产生潜在的影响。
因此，研究者需要通过实验和数学模型等方法，评估纳米材料对水生生物、陆生生物和土壤微生物等的生态风险。
这些评估还需考虑纳米材料在环境中的迁移、转化和聚集等行为，了解其在环境介质中的行为和潜在的生态影响。
针对纳米材料毒理与环境风险评估的实际需求，研究者们提出了一系列的方法和策略。
首先，纳米材料的生物学活性和毒性的初步评估可以通过体外细胞模型进行。
这种方法通过将纳米材料与不同类型的细胞相互作用，以了解其对细胞活性、细胞凋亡、氧化应激等方面的影响。
体外细胞模型可以为研究者提供毒性机制等初步信息，对于筛选具有潜在毒性的纳米材料具有一定的参考价值。
其次，动物模型是研究纳米材料毒性评估的重要手段。
动物实验可以更真实地模拟纳米材料在生物体内的行为和相互作用，通过观察动物的器官病变、组织病理学变化等来评估纳米材料对生物体的毒性。
动物模型还可以进一步研究纳米材料在生物体内的转化途径、代谢产物等信息，为进一步评估纳米材料毒性机制提供数据支持。
此外，纳米材料的环境风险评估也需要考虑其在环境介质中的行为和迁移转化规律。
纳米材料的细胞毒性及环境安全性评价研究
纳米材料的细胞毒性及环境安全性评价研究一、绪论纳米科技广泛应用于医疗、能源等重要领域。
虽然纳米材料具有独特的物理化学特性，但同时也会对环境和人体健康产生影响。
因此，对纳米材料的细胞毒性和环境安全性进行评价研究具有重大现实意义。
二、纳米材料的细胞毒性评价1. 细胞毒性的定义细胞毒性是指物质或其代谢产物对生命体细胞结构、功能和代谢路线的不可逆性或可逆性影响。
在纳米材料的评价中，细胞毒性是最常见的评价指标。
2. 细胞毒性的机制在细胞毒性研究中，常见的机制包括氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、细胞周期阻滞和细胞分化阻滞等。
3. 细胞毒性评价方法目前，常用的细胞毒性评价方法包括MTT法、流式细胞术、细胞增殖分析等。
这些方法可以定量或定性分析纳米材料对细胞毒性的影响。
4. 细胞毒性评价流程细胞毒性评价流程通常包括材料制备、表征、毒性评价实验和机制研究。
这些步骤可以有效地评估纳米材料的毒性和机制，为进一步的研究提供指导。
三、纳米材料的环境安全性评价1. 环境安全性的定义环境安全性是指对环境造成的可能危害的评估和控制。
在纳米材料的评价中，环境安全性是考虑实际使用过程中可能产生的污染和对周围环境的影响。
2. 环境安全性的评价指标环境安全性评价指标通常包括纳米材料的摄入途径、分散性和生物可降解性等。
这些指标可以帮助评价纳米材料在环境中的分布和影响程度。
3. 环境安全性评价方法目前，常用的环境安全性评价方法包括物化性质分析、生物降解性实验、环境模拟实验等。
这些方法可以评价纳米材料在环境中的变化和影响。
4. 环境安全性评价流程环境安全性评价流程通常包括纳米材料特性表征、环境污染风险分析和环境影响评估。
这些步骤可以评估纳米材料对环境的影响，为制定科学的环保政策提供依据。
四、纳米材料的细胞毒性和环境安全性评价案例1. 银纳米颗粒的细胞毒性评价研究发现，银纳米颗粒在一定浓度下能够引起细胞凋亡和细胞内氧化应激反应，并影响细胞内的微管网络和细胞器排列。
纳米技术对环境和人类健康的影响
纳米技术对环境和人类健康的影响近年来，随着科技的飞速发展，人们对纳米技术的研究和应用越来越深入。
纳米技术是指制造、加工和操作尺度为纳米级别（10的-9次方米）的物质和器件的技术。
由于其具有超小尺寸、巨大比表面积、量子效应和量子限制等特殊性质，纳米技术被广泛应用于医药、电子、材料、能源等领域，并被誉为“21世纪的科技革命”。
然而，随着纳米技术的不断发展，人们越来越关注其对环境和人类健康的影响。
在此，我们将对纳米技术对环境和人类健康的影响进行分析和探讨。
一、纳米技术对环境的影响1. 污染问题纳米颗粒在制造和应用过程中容易散发出有害物质，如金属离子、二氧化硅、二氧化钛等，这些物质会在大气、土壤、水体等环境中累积和富集，对生态环境和人类健康造成潜在危害。
同时，纳米颗粒还具有高速扩散能力、长时间存在性和毒性等特殊性质，这些都增加了其污染环境的难度和危险性。
2. 生态影响纳米颗粒对生物体的影响常常因其微小尺寸、巨大比表面积等特殊性质而变得复杂和难以预测。
近年来的研究表明，纳米颗粒可能对海洋生态系统中的微生物、浮游生物、底栖生物等造成影响，影响其生长、繁殖和生态功能。
纳米颗粒还可能与植物和动物相互作用，从而影响其生长和保健等生态问题。
3. 资源浪费纳米技术的加工和制造需要消耗大量的能源和化学物质，这不仅导致资源浪费和环境压力，还会对环境和人类健康造成负面影响。
同时，纳米技术的废弃和回收处理也面临难题，如何有效减少纳米颗粒的排放和处理已成为亟待解决的问题。
二、纳米技术对人类健康的影响1. 毒性和生物影响纳米颗粒具有与其体积和成分无关的极强毒性、很强的生物可吸入性和生物可摄入性等特性，其能够直接进入人体内部并与细胞、组织、器官等相互作用，从而对人体健康造成影响。
纳米颗粒可以引起肺部和呼吸系统等多种疾病，并可能与神经系统、心血管系统、生殖系统等相互作用，从而影响人类健康。
2. 填料和辅助材料问题纳米技术被广泛应用于医药、食品、化妆品等领域，其中纳米凝胶、纳米药物、纳米保健品等被用作人类健康保健的缓解或治疗方式。
纳米材料使用注意事项
纳米材料使用注意事项纳米材料是一种具有尺寸在纳米级别上表现出的特殊性质的新型材料。
由于其独特的物理、化学和生物学特性，纳米材料在许多领域得到广泛应用，例如能源储存与转换、生物医学、环境保护、电子器件等。
然而，由于纳米材料的独特性质，使用纳米材料的过程中需特别注意一些问题。
第一，纳米材料的毒性和生物相容性。
由于纳米材料的尺寸特征，其毒性和生物相容性可能与其宏观材料存在差异。
因此，在使用纳米材料的过程中，需要对其毒性和生物相容性进行充分评估。
这包括纳米材料对人体和环境的潜在危害评估，以及对生物相容性进行评价，确保纳米材料的安全性。
第二，纳米材料的制备和加工。
纳米材料的制备和加工方法对其性能有重要影响。
在制备纳米材料时，需要严格控制反应条件，以确保产品的质量和性能。
在纳米材料的加工过程中，需要注意避免纳米材料的团聚和氧化等问题，以充分发挥其独特性质。
第三，纳米材料的储存和运输。
纳米材料具有很大的比表面积，因此容易与空气中的湿气、尘埃等发生反应。
在储存和运输纳米材料时，需要使用干燥、无尘的容器，并避免与湿气和其他化学物质接触。
此外，还需要注意纳米材料的稳定性和分散性，避免因团聚而影响纳米材料的性能。
第四，纳米材料的安全操作。
纳米材料具有较高的表面能，易于囤积静电。
在纳米材料的操作过程中，需要采取适当的防护措施，如佩戴手套、口罩、护目镜等，避免直接接触和吸入纳米材料。
同时，需要设置良好的通风系统，确保工作环境中纳米颗粒的浓度控制在安全范围内。
第五，纳米材料的环境影响。
纳米材料的使用可能会对环境产生一定影响。
在使用纳米材料的过程中，需要注意控制纳米颗粒的扩散和排放，避免对环境和生态系统造成污染和破坏。
此外，还需要对纳米材料在环境中的行为进行监测和评估，了解其对环境的影响，并采取相应的措施进行治理和修复。
综上所述，纳米材料的使用需要注意其毒性和生物相容性、制备和加工、储存和运输、安全操作以及环境影响等问题。
通过充分评估和控制纳米材料在这些方面的风险，可以确保纳米材料的安全使用，并发挥其独特性质的优势。
纳米材料对人体健康的影响与预防措施
纳米材料对人体健康的影响与预防措施随着科学技术的不断进步，纳米材料作为一种新兴材料正被广泛应用于各个领域。
然而，人们对于纳米材料对人体健康的影响了解的还不足够，并且一些不当的使用方式可能会对人体健康带来潜在风险。
本文将探讨纳米材料对人体健康的影响，并提出相关的预防措施。
首先，纳米材料的影响主要体现在三个方面：生物毒性、环境污染以及生物相容性的问题。
纳米材料具有特殊的物理、化学和生物活性特性，因此在一定程度上会对人体健康产生潜在的危害。
一些纳米材料，特别是金属和非金属纳米颗粒，可能会穿过细胞膜并进入体内，导致细胞毒性和炎症反应。
此外，纳米材料可能会通过空气、水、土壤等途径进入环境，对环境产生污染，从而进一步影响人体健康。
针对纳米材料对人体健康的潜在影响，我们可以采取以下预防措施来降低风险。
首先，加强对纳米材料的安全评估和监管，确保其在生产、使用和处理过程中符合相应的安全标准。
这涉及到纳米材料的研发、生产和应用各个环节，要求相关企业和研究机构严格遵守相关法律法规，加强安全管理。
其次，在使用纳米材料时要尽量避免直接接触，减少风险。
可以采取合适的防护措施，如戴口罩、手套和防护服等，以降低暴露风险。
此外，加强科学研究，深入了解纳米材料对人体健康的影响机制，是减少健康风险的关键。
通过对纳米材料的生物毒性、生物分布、代谢途径等方面的研究，可以更好地了解其潜在危害，并为制定相应的安全措施提供科学依据。
同时，开展纳米材料的环境监测，实时监测环境中的纳米颗粒浓度和分布，及时发现和控制潜在风险源，保护公众健康。
除了加强监管和科学研究外，公众教育也是降低纳米材料对人体健康影响的重要手段。
通过宣传报道、公众教育活动等方式，提高公众对纳米材料的认知，促进公众了解纳米材料的应用和潜在危害，以便公众在使用和接触纳米材料时能够采取相应的保护措施，减少健康风险。
最后，政府应该加强纳米材料的监管和管理体系建设，在制定相关政策和标准时要充分考虑纳米材料的特殊性，划定纳米材料的安全使用界限，并加强对企业和研究机构的监督和管理，确保纳米材料的安全性。
纳米材料的毒性与生物安全研究现状
纳米材料的毒性与生物安全研究现状第一章引言在纳米领域的迅速发展中，纳米材料被广泛地应用于化学、医学、制造业等领域。
然而，作为技术的一种产物，纳米材料的生物安全问题也成为研究者和公众关注的焦点。
毒性是一个决定性因素，它对人类和环境的健康构成潜在的威胁。
因此，了解纳米材料的毒性与生物安全十分重要。
本文将介绍纳米材料的毒性和生物安全现状，以了解纳米材料对人类和环境的影响。
第二章纳米材料的毒性2.1 纳米材料的定义纳米材料是指由一种或多种元素、化合物或者合金组成的粒径在1-100纳米之间的材料。
这些材料大小尺度足够小，以至于其特殊的电、热、化学、物理等性质与其宏观材料体系不同。
因此，纳米材料具有广泛的应用前景。
2.2 纳米材料的毒性纳米材料在生物体内时可能与不同部位的生物分子或细胞接触，导致细胞凋亡、DNA损伤和蛋白分解等一系列毒性反应。
纳米材料与细胞发生物理和化学相互作用的性质与它们的分散度和结晶度等等因素相关。
该作用可能导致生物体发炎和损伤肺泡等健康问题。
纳米材料在人体组织中的长期残留影响并没有被完全理解和研究。
第三章纳米材料的生物安全3.1 纳米材料的安全评价纳米材料的安全评价过程分为体内和外部测试。
在体外，通过物理他化学测试来评估纳米颗粒的大小、形状、表面特性等。
同时，体内评估通常采用小鼠动物模型进行，以检测纳米毒性的慢性动态和药理学效果。
3.2 纳米材料的生物信息学和基因工程方法生物信息学和基因工程技术用于预测、识别和评估纳米材料的毒性，包括通过生物信息学方法进行毒性预测和评估，分子仿真方法对材料与细胞相互作用的研究，以及通过基因编辑和基因敲除的方式对生物体内的毒性进行研究等等。
第四章结论纳米材料是人类前沿科学和技术的重要成果，其应用已经扩展到多个领域。
然而，纳米材料的毒性和生物安全问题仍然是研究者和公众关注的焦点。
目前的研究表明，纳米材料对人类和环境的潜在威胁非常复杂。
因此，对纳米材料的毒性和生物安全问题的研究需要更多的投入，并与社会、企业和政府等众多方面紧密合作，以维护人类和环境的健康与安全。
如何处理使用纳米技术时的常见问题
如何处理使用纳米技术时的常见问题纳米技术是一项涉及到控制和操纵材料的领先技术，在许多领域都有广泛的应用。
然而，随着我们使用纳米技术的增多，一些常见的问题也开始浮出水面。
本文将讨论如何处理使用纳米技术时的常见问题，并提供一些解决方案。
首先，一个常见的问题是纳米材料的环境影响。
由于纳米材料具有非常小的尺寸，它们在环境中的行为可能与常规材料有所不同。
例如，纳米颗粒可能更容易穿透生物膜，导致对生物体的潜在危害。
为了解决这个问题，科学家们需要对纳米材料在环境中的行为进行深入研究，并制定相应的安全规定。
此外，监管机构应该加强对纳米技术的监管，确保其在使用中不会对环境造成不可逆转的影响。
其次，纳米技术的健康风险也是一个关注的问题。
一些研究表明，纳米材料可能对健康造成潜在风险，例如，对呼吸系统的刺激和致癌等作用。
因此，在使用纳米技术时，需要采取一系列预防措施来降低潜在的健康风险。
这包括正确佩戴个人防护装备，如防尘口罩和防护手套，并定期进行健康检查。
此外，纳米技术的开发者应该加强对产品的安全性评估，并提供相关的安全知识培训，以确保使用者能够正确使用纳米技术，并有效应对潜在的风险。
另一个常见的问题是纳米材料的毒性。
尽管纳米材料在许多领域具有广泛的应用前景，但其潜在的毒性问题也引起了广泛的关注。
为了解决这个问题，科学家们需要开展更多的研究，了解纳米材料的毒性机制，并制定相关的安全标准和指导方针。
此外，相关部门应该建立起纳米材料的毒性检测和评估体系，以便及时发现和处理具有潜在毒性的纳米材料。
此外，纳米技术在商业化过程中面临的一项重大挑战是成本问题。
尽管纳米技术具有广泛的应用前景，但其高昂的成本限制了其商业化的速度和规模。
为了解决这个问题，需要加强纳米技术的研究和开发，降低材料的生产成本，提高生产效率。
此外，政府和企业可以加强合作，共同推动纳米技术的商业化进程，并提供相应的财政支持和政策激励，鼓励更多的投资者参与纳米技术的发展。
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2009年 第54卷 第23期: 3590 ~ 3604 www.scichina.com csb.scichina.com 《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS
引用格式: 林道辉, 冀静, 田小利, 等. 纳米材料的环境行为与生物毒性. 科学通报, 2009, 54: 3590~3604 Lin D H, Ji J, Tian X L, et al. Environmental behavior and toxicity of engineered nanomaterials (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2009, 54: 3590―3604, doi: 10.1360/972009-2075
专题: 评 述
纳米材料的环境行为与生物毒性 林道辉①*, 冀静①, 田小利①, 刘妮①, 杨坤①②, 吴丰昌③, 王震宇④, Xing Baoshan②* ① 浙江大学环境科学系, 杭州 310028; ② Department of Plant, Soil and Insect Sciences, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA; ③ 中国环境科学研究院, 北京 100012; ④ 中国海洋大学环境科学与工程学院, 青岛 266100 * 联系人, E-mail: bx@pssci.umass.edu; lindaohui@zju.edu.cn
2009-10-09收稿, 2009-11-20接受 国家重点基础研究发展计划(编号: 2008CB418204)、国家自然科学基金(批准号: 20737002, 40873072, 40973065)、浙江省自然科学基金 (编号: Z507093)资助项目, United States Department of Agriculture (USDA) Hatch Program (MAS 00978)
摘要 随着纳米科技迅猛发展, 越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境行为和生物毒性. 本文概括地介绍了纳米材料的排放途径和可能发生的环境行为, 重点分析了纳米材料与环境中共存物质的复合行为; 综述了碳纳米材料、金属及氧化物纳米材料、量子点等对细胞、细菌、水生生物、陆生生物等的毒性效应, 阐述了当前对纳米材料致毒机理的有关争论; 最后, 展望了纳米材料环境行为和生物毒性领域的研究方向.
关键词 纳米颗粒 吸附 悬浮 毒理
纳米科学是20世纪80年代末发展起来的新兴学科, 与信息科学、生命科学并列为21 世纪最有前途的三大新技术科学领域[1]. 纳米材料因其纳米尺度和
纳米结构而具有优越的磁性、导电性、反应活性、光学性质等, 它们的开发应用正在促使几乎所有工业领域产生革命性的变化. 目前, 纳米产品已走出实验室, 进入人们的生活, 预计2011~2015年全球市场可达1000亿美元/年[2]. 在纳米材料和纳米产品的生产、
使用和处理过程中, 纳米材料难免会通过各种途径进入环境, 其独特的物理化学属性将可能给生态环境带来难以预料的影响. 因此, 社会各界在肯定纳米材料正面效益的同时, 对其可能的负面环境影响和生态效应正在给予越来越多的关注. 2003年以来, Science, Nature等著名杂志先后刊登了评论员文章, 呼吁加强研究纳米材料的环境行为和生态效应[3,4].
2005年, 美国、英国等国的环保部门制订并启动了纳米材料环境行为、生态效应的研究计划[5,6]. 越来越多
的研究证实, 纳米材料具有一定的生物毒性[7], 已开
始被认为是一类潜在的新型污染物. 但从总体上看, 对纳米材料环境行为和生物毒性的研究尚处于起步阶段, 研究内容与深度急需拓展与加强. 本文综述了纳米材料环境行为和生物毒性相关领域的研究进展, 展望了需拓展与深入的研究方向, 希望有助于促进对纳米材料生态风险的相关科研工作, 推动纳米科技的持续、健康发展.
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[1]. 根据化学组
成, 纳米材料一般分为[8]: 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. 3591
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(http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/)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[9].
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[10,11]; 建筑物外墙涂料中的TiO
2纳米颗粒会被雨
水冲刷进入水体[12]; 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[13]. Köhler等[14]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 2.1 纳米材料环境行为概述 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. 图1简单地示意了纳米材料可能发生的有关环境行为. 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. 图1 纳米材料环境行为示意图 图中黑圆点代表纳米材料, 数字代表其各种环境过程. 1, 大气与地表间的交换; 2, 大气输送; 3, 土壤中迁移扩散/渗透; 4, 土壤中转化; 5, 陆生生物吸收富集; 6, 地下水中迁移/转化; 7, 地表径流; 8, 水体与土壤间交换; 9, 水中分散与悬浮; 10, 水中团聚与沉淀; 11, 水体中转化; 12, 水生生物吸收富集; 13, 人体暴露 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[15,16]. 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[17~20], nC60[21,22], SWCNTs[23,24], TiO2[25,26], SiO2[25]和铝[27]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[26]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[17,28]、表面电荷及亲水
性[17,19]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[29], 穿透性能随土壤中可溶性有机