植物表面對多環(huán)芳烴和石墨烯量子點的攝取過程及作用機制.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)作為一類典型的持久性有機污染物，其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為、生物生態(tài)效應及健康風險得到了持續(xù)關注和研究。PAHs是生物質(zhì)和石化燃料在高溫下不完全燃燒的產(chǎn)物，常與燃燒同步產(chǎn)生的微顆粒相互綁定，進入環(huán)境后也會與環(huán)境納米顆粒相互作用，共同遷移。污染物與植物表面的相互作用及傳輸行為對解釋其環(huán)境效應至關重要，因此成為研究熱點之一。PAHs和納米顆粒，特別是碳質(zhì)納米顆粒在植物體上的吸收和轉(zhuǎn)運過程及機制由于觀測和分析手段的限制，一直

2、存在著爭議和不足。
　　論文在簡介PAHs的污染現(xiàn)狀和碳質(zhì)納米材料的應用現(xiàn)狀的基礎上，重點評述了PAHs與碳質(zhì)納米材料的相互作用以及在植物界面上的共同遷移過程。針對有機污染物和碳質(zhì)納米材料在典型環(huán)境介質(zhì)中的吸收遷移過程的微觀機制尚未闡明等問題，本研究在調(diào)查了植物葉片中16種PAHs濃度水平的同時，研究區(qū)分了植物葉片內(nèi)外、陰陽面污染物吸收分布特征，并通過對植物表面微觀形貌結(jié)構(gòu)的表征，探討了植物葉片攝取污染物與其表面微觀形貌之間的構(gòu)-

3、效關系。利用雙光子激光共聚焦顯微鏡(TPCLSM)原位觀測了有機污染物菲在植物角質(zhì)層上的吸收分布特征;通過傅里葉變換紅外-衰減全反射光譜(FTIR-ATR)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、激光共聚焦顯微鏡(CLSM)、調(diào)制式差示掃描量熱儀(MDSC)、元素分析等手段表征了角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)組成、相態(tài)等，探討了有機污染物在植物表面吸收傳輸?shù)尿?qū)動力。制備了一種超小尺寸的二維石墨烯材料——石墨烯量子點(GQDs)，利用FTIR-ATR、Raman光

4、譜、X射線光電子能譜(XPS)、Zeta電位、FESEM、高分辨率透射電鏡(HRTEM)、元素分析等手段表征了GQDs的結(jié)構(gòu)組成特征，并研究了多環(huán)芳烴菲與GQDs的相互作用。通過動態(tài)光散射法(TR-DLS)探究了GQDs在復雜水環(huán)境中的穩(wěn)定性及膠體化學行為，發(fā)現(xiàn)了GQDs在pH值和共存陽離子共同作用下異常的團聚行為，結(jié)合材料表征等提出了小片層二維石墨烯材料自組裝誘導的團聚機制，為不同尺度的二維石墨烯材料的團聚機制的研究填補了空白。通過水

5、培實驗，初步研究了PAHs和石墨烯納米顆粒對在小麥幼苗上的吸收分布特征及對幼苗生長的影響。論文的主要創(chuàng)新性結(jié)論如下:
　　(1)通過對6種植物表面上16種PAHs的濃度水平、分布特征及種間差異的研究，首次區(qū)分了植物葉片陰陽面角質(zhì)層中PAHs的吸收分布特征，細化了植物體表面的脂肪組分在吸收攝取有機污染物中的作用。提出植物葉面微形貌對有機污染物的吸收傳輸具有重要的作用和影響，是導致植物吸收有機污染物種間差異的主要因素。
　　(2

6、)利用TPLCSM原位觀測的方法研究了典型有機污染物菲在植物角質(zhì)層上的傳輸和分布特征，發(fā)現(xiàn)菲在植物角質(zhì)層表面呈不均勻分布，形成團簇，在縱向則形成集聚流;污染物在角質(zhì)層三維結(jié)構(gòu)上的集聚分布與其聚酯分布位置一致，為此提出類液態(tài)的聚酯是有機污染物PAHs的傳輸通道，其傳輸驅(qū)動力主要來自于污染物在角質(zhì)層不同組分之間形成的高濃度梯度。
　　(3)利用氧化切割的手段合成了一種雙親性的GQDs，首次研究了小尺寸二維石墨烯材料GQDs在復雜水環(huán)境

7、中的穩(wěn)定性和團聚行為，發(fā)現(xiàn)陽離子種類（Na+、K+、Mg2+、Ca2+）和溶液pH值(2～12)共同影響了GQDs的團聚行為，二價陽離子共存時GQDs在溶液中的穩(wěn)定性隨著pH的升高而逐漸降低，與經(jīng)典的DLVO理論預測相反;基于GQDs團聚體的結(jié)構(gòu)特征，提出了GQDs在復雜水環(huán)境中二價陽離子增強的自組裝型團聚機制。該研究增進了對二維納米材料的團聚行為和環(huán)境穩(wěn)定性的認識，對小尺寸二維石墨烯材料在自組裝材料的調(diào)控、陽離子捕獲、藥物輸送等領域的