納米二氧化錳吸附重金屬銅、鎘離子特性及安全性評價.pdf

1、在我國很多地區(qū)，土壤銅、鎘污染問題已越來越嚴(yán)重，治理銅、鎘污染已成為保護糧食質(zhì)量安全、保證人類健康的關(guān)鍵問題。本研究以高錳酸鉀和無水乙醇為原料，通過水-有機兩相法制備納米二氧化錳。探討了二氧化錳材料對水溶液中的銅、鎘的吸附去除機制；在此基礎(chǔ)上，利用粒徑相似且生物相容性較好的納米羥基磷灰石作為對比，進行水稻水培、蚯蚓試驗，從植物和土壤動物的角度，評價納米二氧化錳的生物安全性。以期為環(huán)境Cu2+、Cd2+污染治理提供的數(shù)據(jù)支持，為拓展納米二

2、氧化錳及其相關(guān)產(chǎn)品修復(fù)銅、鎘污染水或土壤環(huán)境及其合理使用提供理論上的依據(jù)。主要研究成果如下：
　?。?）制備了吸附性能較好的納米二氧化錳（nMnO2）吸附材料
　　水-有機兩相法制備的納米二氧化錳比表面積為141.66 m2/g；nMnO2對Cu2+和Cd2+的吸附分別在500和225 min達到平衡，吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型（R2Cu=0.99；R2Cd=0.98）與Elovich模型（R2Cu=0.91；R2Cd=0

3、.93）。Elovich擬合結(jié)果顯示，nMnO2對Cd2+的吸附速率要高于Cu2+。通過Langmuir方程對其吸附過程進行擬合，其對Cu2+和Cd2+的最大吸附量分別為104.5（R2Cu=0.98）和89.1 mg/g（R2Cd=0.94）；熱力學(xué)實驗結(jié)果表明，溫度升高有利于吸附反應(yīng)的進行；nMnO2對Cu2+和Cd2+的吸附在較高pH下效果較好。這種納米二氧化錳每吸附1mol的銅離子需要35.8元，而每吸附1mol的鎘離子需要73

4、.8元，具有較佳的性價比。納米二氧化錳材料對環(huán)境中的Cu2+、Cd2+具有良好的吸附效果。
　?。?）納米二氧化錳負載銅離子和鎘離子之后進入水稻幼苗植株之前不會釋放重金屬離子，明顯減輕了銅鎘對于水稻幼苗的生物量的影響，但是造成了更加嚴(yán)重的氧化應(yīng)激反應(yīng)。
　　以納米羥基磷灰石為參照，研究納米二氧化錳納米顆粒復(fù)合銅、鎘對水稻幼苗的毒害作用。透射電子顯微鏡觀察證實了納米顆粒在水稻幼苗中的存在；小直徑納米顆粒對水稻幼苗的傷害更大，納

5、米二氧化錳降低了水稻幼苗對重金屬的積累，其中分蘗節(jié)中重金屬含量最高，同時促進植株根系總長和總表面積。但是nMnO2引起強烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)。通過非損傷微測技術(shù)，證明了在納米顆粒復(fù)合重金屬后，銅、鎘并非以離子態(tài)轉(zhuǎn)移入植株體內(nèi)。
　?。?）納米二氧化錳增強了鎘對赤子愛勝蚓的急性毒性
　　本實驗采用了比較高的劑量，以研究蚯蚓在納米顆粒復(fù)合重金屬的直接暴露下的急性毒性效應(yīng)。結(jié)果表明，本材料雖然能夠顯著降低蚯蚓對Cd的積累量，但是能夠極