植物表面對(duì)多環(huán)芳烴和石墨烯量子點(diǎn)的攝取過(guò)程及作用機(jī)制.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)作為一類典型的持久性有機(jī)污染物，其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為、生物生態(tài)效應(yīng)及健康風(fēng)險(xiǎn)得到了持續(xù)關(guān)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(jìn)入環(huán)境后也會(huì)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(duì)解釋其環(huán)境效應(yīng)至關(guān)重要，因此成為研究熱點(diǎn)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(yùn)過(guò)程及機(jī)制由于觀測(cè)和分析手段的限制，一直

2、存在著爭(zhēng)議和不足。
　　論文在簡(jiǎn)介PAHs的污染現(xiàn)狀和碳質(zhì)納米材料的應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)評(píng)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(guò)程。針對(duì)有機(jī)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(guò)程的微觀機(jī)制尚未闡明等問(wèn)題，本研究在調(diào)查了植物葉片中16種PAHs濃度水平的同時(shí)，研究區(qū)分了植物葉片內(nèi)外、陰陽(yáng)面污染物吸收分布特征，并通過(guò)對(duì)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(guān)系。利用雙光子激光共聚焦顯微鏡(TPCLSM)原位觀測(cè)了有機(jī)污染物菲在植物角質(zhì)層上的吸收分布特征;通過(guò)傅里葉變換紅外-衰減全反射光譜(FTIR-ATR)、場(chǎng)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(jī)污染物在植物表面吸收傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)力。制備了一種超小尺寸的二維石墨烯材料——石墨烯量子點(diǎn)(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(guò)動(dòng)態(tài)光散射法(TR-DLS)探究了GQDs在復(fù)雜水環(huán)境中的穩(wěn)定性及膠體化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)了GQDs在pH值和共存陽(yáng)離子共同作用下異常的團(tuán)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(dǎo)的團(tuán)聚機(jī)制，為不同尺度的二維石墨烯材料的團(tuán)聚機(jī)制的研究填補(bǔ)了空白。通過(guò)水

5、培實(shí)驗(yàn)，初步研究了PAHs和石墨烯納米顆粒對(duì)在小麥幼苗上的吸收分布特征及對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)對(duì)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(yáng)面角質(zhì)層中PAHs的吸收分布特征，細(xì)化了植物體表面的脂肪組分在吸收攝取有機(jī)污染物中的作用。提出植物葉面微形貌對(duì)有機(jī)污染物的吸收傳輸具有重要的作用和影響，是導(dǎo)致植物吸收有機(jī)污染物種間差異的主要因素。
　　(2

6、)利用TPLCSM原位觀測(cè)的方法研究了典型有機(jī)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(tuán)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(jī)污染物PAHs的傳輸通道，其傳輸驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)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(fù)雜水環(huán)境

7、中的穩(wěn)定性和團(tuán)聚行為，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子種類（Na+、K+、Mg2+、Ca2+）和溶液pH值(2～12)共同影響了GQDs的團(tuán)聚行為，二價(jià)陽(yáng)離子共存時(shí)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(yù)測(cè)相反;基于GQDs團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)特征，提出了GQDs在復(fù)雜水環(huán)境中二價(jià)陽(yáng)離子增強(qiáng)的自組裝型團(tuán)聚機(jī)制。該研究增進(jìn)了對(duì)二維納米材料的團(tuán)聚行為和環(huán)境穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)，對(duì)小尺寸二維石墨烯材料在自組裝材料的調(diào)控、陽(yáng)離子捕獲、藥物輸送等領(lǐng)域的