【科研进展】STOTEN:太湖二氧化钛纳米粒子的空间分布、时间变化及来源

学术   2024-09-29 08:20   湖北  

科研进展

太湖二氧化钛纳米粒子的空间分布、时间变化及来源

Science of the Total Environment



文章信息

Autumn

Equinox


文章标题:Spatial distribution, temporal variations and source of titanium dioxide nanoparticles in Taihu Lake, China

期刊名称:Science of the Total Environment

作者:Ronggang Zheng等

出版日期:2024 年 

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175481



摘要

Autumn

Equinox

对中国太湖中二氧化钛纳米粒子(TiO₂NPs)的空间分布、时间变化及其来源展开研究,系统评估了太湖中 TiO₂NPs 的空间分布与时间变化情况。结果表明,太湖西部和北部区域检测到了高浓度的 TiO₂NPs。此外,夏季和秋季向太湖排放的工程 TiO₂NPs 浓度相对较高。研究还发现,城市径流或许是导致工程 TiO₂NPs 水平升高的主要因素。

研究概况

Autumn

Equinox

1

研究背景:

二氧化钛纳米粒子(TiO₂NPs)对生态系统和生物体的有害影响引起了公众的极大关注,但关于其在真实水生环境中浓度的信息仍然有限,阻碍了对其潜在危害的合理评估。

太湖是中国第3大淡水湖,由于经济快速发展和城市化,太湖已成为纳米粒子的重要储存库,但此前关于太湖中 TiO₂NPs 的数据存在一些局限性。

2

研究目的:

了解整个太湖地区 TiO₂NPs 的存在和空间分布。
揭示这些 TiO₂NPs 是否来自人为来源。
为预测 TiO₂NPs 对周围生物群的潜在危害提供基础数据。

3

研究方法:

将整个太湖地区划分为7个区域,设立 48 个采样点,于 2023 年 6 月和 11 月采集水样,每个采样点采集约 10.0 升水样,混合后取 2.0 升转移到聚丙烯容器中,现场测量水温、pH、电导率、氧化还原电位和溶解氧等水质参数,运回实验室后测定总有机碳(TOC)含量。

结果


总钛和 TiO₂NPs 浓度

总钛浓度6月为 31.8~413.9μg/L,11 月为 51.2~ 711.2μg/L,TiO₂NPs 浓度6 月为30.6~406.0μg/L,11 月为 25.0~340.0μg/L,平均浓度分别为 125.9μg/L 和 138.5μg/L。

总钛浓度在 11 月明显高于 6 月,可能与夏季和秋季含 TiO₂NPs 的防晒产品的广泛使用以及污染物的富集效应有关;TiO₂NPs 浓度在两个季节之间没有太大变化。
TiO₂NPs 的分布模式与总钛在同月的分布模式密切相关,高浓度的 TiO₂NPs 主要分布在太湖的西部和北部地区,如竺山湖、梅梁湾和贡湖湾,这些地区接收了来自邻近城市的大量废水,而太湖的流出区域集中在东南部。
太湖南部地区在 6 月也检测到较高水平的 TiO₂NPs,表明该地区存在一些污染源,未来应给予更多关注。


TiO₂NPs 的表征

通过 SEM 和 EDS - mapping 证实磷酸化 Fe₃O₄粒子成功捕获了 TiO₂NPs。

太湖中 TiO₂NPs 具有不同的形状,包括覆盆子状、长棒状、片状和不规则形状,表面粗糙的 TiO₂NPs 通常是掺杂其他矿物质和有机物质的天然纳米粒子(NNPs),或在自然环境中长时间风化的工程纳米粒子(ENPs),而形状规则、表面光滑的 TiO₂NPs 表明其为人为来源。


TiO₂NPs 中的元素关联和比率

Al 和 V 的含量在两个月中没有显著差异,Nb、Ho、Er 和 Yb 的浓度在 11 月均低于 6 月,表明 11 月天然 TiO₂NPs 的丰度降低。

6 月几乎所有元素的 Ti 与 Al、V、Nb、Ho、Er、Yb 和 Ta 的比率值都明显高于 11 月,表明太湖中工程 TiO₂NPs 的比例急剧增加。
11 月大多数采样点的 Ti/Nb 比率比 6 月高出3倍以上,表明 11 月检测到的 TiO₂NPs 主要来自人为来源,其中6个 Ti/Nb 值最高的站点位于河流入口处,表明城市径流可能是工程 TiO₂NPs 增加的主要原因。



结论

Autumn

Equinox


总钛水平在 11 月通常高于 6 月,这可能归因于夏季和秋季护肤品和防晒霜的使用增加以及雨季的稀释效应;TiO₂NPs 的分布模式与同月总钛的分布模式密切相关,表明 TiO₂NPs 是总钛的主要贡献者;TiO₂NPs 主要分布在西部和北部地区,特别是竺山湖,这是由于邻近城市的大量废水排放所致。

通过 Ti 与其他稀有元素的比率来区分天然和工程 TiO₂NPs,11 月大多数采样点的 Ti/Nb 比率比 6 月高出3倍以上,表明夏季和秋季有大量工程 TiO₂NPs 引入;6个 Ti/Nb 值最高的站点位于河流入口处,表明城市径流可能是工程 TiO₂NPs 增加的主要原因。
由于仪器的限制,本研究未能给出天然和工程 TiO₂NPs 的具体浓度,未来需要对单个 TiO₂NPs 的元素组成进行进一步研究,以区分 ENPs 与自然背景,但本研究中 TiO₂NPs 的空间分布和可能来源将有助于评估 TiO₂NPs 的环境风险,并为相关控制政策和法规提供依据。


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