本文概要：随着纳米技术的发展和纳米材料的大量开发生产及使用，纳米颗粒排放到环境可能产生的健康和环境风险开始引起广泛的关注，已经成为当前环境领域研究的热点。纳米颗粒的风险不仅来自它们的生物毒性，也与它们在环境中的浓度、形态、迁移转化过程及环境的复杂条件密切相关。自从发现纳米颗粒的生物毒性至今已十年，大量的相关研究工作已经促进了对纳米颗粒风险的了解，但距离全面掌控和准确评价它们的风险尚存在很大的距离。研究瓶颈如缺乏有效的研究技术手段、研究结果的不确定性、研究结果自相矛盾等普遍存在，是当前研究的挑战。本专辑收集了在该研究领域具有影响力的研究人员的最新研究成果和思考，介绍该领域的最新研究进展，希望能帮助读者了解相关研究工作并促进研究人员开展讨论，进一步推进该研究领域和纳米技术的持续发展。

纳米颗粒；毒性；环境行为；环境风险

研究目的：通过综述作物对纳米材料的吸收途径和积累，以及纳米材料对农作物生长和营养的影响，为纳米污染在农业中的风险提供理论分析和启示。
创新要点：归纳了纳米材料被作物吸收的路径和对作物生理、遗传、营养各水平上产生的胁迫。
重要结论：当前纳米与作物的研究应集中在食品安全相关的问题上，考虑农业实际情况和环境因素，分析纳米材料通过食物链富集和传递的可能性，探讨纳米材料与其他土壤有机污染物可能产生的复合污染。

纳米材料；植物吸收；食物链传递；食品安全

研究目的：研究金属纳米颗粒在进入水体后的一系列动力学过程对金属纳米颗粒的生物可利用性和毒性可能产生的影响。
研究方法：针对在毒性测试中金属纳米颗粒的解析现象，选取三种常见的金属纳米颗粒（纳米氧化锌、纳米银和纳米二氧化钛），总结了它们在毒性测试中的解析动力学、溶解性以及毒性。同时，综合水生生物对金属纳米颗粒以及离子的吸收动力学，利用动态模型进行模拟，阐述解离的离子在生物对金属纳米颗粒吸收中的贡献。
重要结论：在评价金属纳米颗粒和解析离子对水生生物的生物利用度和毒性的测试过程中，需要综合考虑金属纳米颗粒的理化性质以及生物吸收动力学过程。

金属纳米颗粒；解析；动力学；水生生物；毒性

研究目的：纳米二氧化钛已是防晒霜、化妆品和光催化剂等的常用成分。纳米二氧化钛的大量应用，已被证明具有潜在的环境负面影响与人体健康风险。如何分析环境中工程纳米二氧化钛的理化性质无疑是认识其潜在风险的关键课题。
研究方法：从工程纳米颗粒可用的表征与测定方法（如电镜显微方法、色谱与质谱技术等）的优缺点出发，结合稳定同位素与稀有元素示踪技术来探讨环境中工程纳米二氧化钛颗粒的分析方法。
重要结论：环境中工程纳米二氧化钛的表征与测定方法仍需深入的研究，其可靠性需要现有各种分析技术的相互验证、良好的样品预处理技术和参考物质、以及稳定同位素与稀有元素技术示踪的配合。

二氧化钛；工程纳米颗粒；环境浓度；产量；分析方法

研究目的：碳纳米颗粒由于其独特的优良性能被广泛应用，从而不可避免地进入环境。进入环境的碳纳米颗粒与有机污染物有很强的相互作用，并且碳纳米颗粒对有机污染物的吸附可能会影响污染物的环境风险和迁移。因此，本研究总结了目前有机污染物在碳纳米颗粒上吸附的研究进展，为有机污染物及碳纳米颗粒的环境行为研究及风险评价提供重要信息。
重要结论：有机污染物和碳纳米颗粒的主要相互作用有憎水性、静电、氢键和π-π作用，这些作用及它们的强度受碳纳米颗粒的表面性质、形态及有机污染物的分子大小、结构和官能团等影响。不同的吸附机理可能同时控制有机物在碳纳米颗粒上的吸附过程，而且在不同的环境条件下吸附控制机理不同。区分吸附控制机理和影响因素的研究对预测有机污染物和碳纳米颗粒的环境行为和风险非常重要。

有机污染物；环境行为；碳纳米颗粒；相互作用机理

研究目的：二氧化钛（TiO2）纳米颗粒已经广泛应用于化妆品、防晒霜、涂料和牙膏等。这些纳米颗粒性质非常稳定，能在废水和生物固体中转移和分散。现有研究表明，TiO2纳米颗粒对动物正常生理活动具有毒性等负面作用。但是，它们对植物是否具有毒性特别是是否会产生植物基因毒性至今尚不清楚。因此，本文使用随机扩增多态性DNA技术研究TiO2纳米颗粒是否对西葫芦具有基因毒性，为TiO2纳米颗粒排放进入环境后的潜在植物毒性风险评价提供依据。
创新要点：首次发现了TiO2纳米颗粒对西葫芦具有基因毒性。
重要结论：采用随机扩增多态性DNA技术，发现TiO2纳米颗粒污染处理的西葫芦样品与未处理样品的基因组DNA图谱相比，不仅在谱带强度有明显差异，而且存在谱带消失和新谱带产生现象，表明TiO2纳米颗粒对西葫芦具有基因毒性。

随机扩增多态性DNA技术；TiO2；纳米颗粒；基因组DNA；西葫芦；毒性

研究目的：纳米颗粒在水中的悬浮和团聚性能是决定它们在环境中迁移行为及潜在健康和环境风险影响范围的关键。表面活性剂不仅在环境中普遍存在，而且是工业制备纳米颗粒稳定悬浮液的主要分散剂。本文以单壁纳米碳管为代表，研究震荡扰动及稀释等模拟环境条件下其在阴离子表面活性剂溶液中的分散悬浮和团聚沉降性能，为评价纳米颗粒排放进入环境后的潜在风险提供依据。
创新要点：现有研究认为，纳米颗粒由于能在水中稳定悬浮，其排放到环境中会产生长距离迁移并存在造成大范围污染的可能性和生态健康风险。在本文中，震荡扰动及稀释等模拟环境条件的研究表明，单壁碳纳米管在环境中长距离迁移并造成大范围污染的可能性和风险较小。
研究方法：通过比较震荡扰动（模拟环境条件）和超声辅助两种分散悬浮方式及有无添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）阴离子表面活性剂条件下的单壁碳纳米管在水中的悬浮性能（图1），研究单壁碳纳米管能否在环境中被分散悬浮。通过研究Na+，K+，Ca2+和Mg2+等环境主要阳离子存在时SDBS稳定悬浮的单壁碳纳米管悬浮性能及与SDBS浓度等的相关性 （图6和8），探明稳定悬浮的单壁碳纳米管能否在环境稀释过程中和环境阳离子存在下保持稳定悬浮。
重要结论：在超声辅助下，单壁碳纳米管可以在SDBS阴离子表面活性剂溶液中稳定分散悬浮，但不能在水中稳定分散悬浮。在无超声辅助、仅通过机械震荡的情况下，单壁碳纳米管无法在水中和SDBS溶液中稳定分散悬浮。对于已经在SDBS溶液中稳定悬浮的单壁碳纳米管，它们在Na+，K+，Ca2+和Mg2+等环境主要阳离子存在时也会脱稳形成团聚沉降，且该团聚沉降行为取决于悬浮溶液中SDBS的浓度。当SDBS稳定悬浮的单壁碳纳米管在环境中被稀释时，SDBS浓度被稀释降低，会迅速导致单壁碳纳米管团聚沉降。因此，单壁碳纳米管很难在环境中被分散悬浮，即使是已经稳定分散悬浮的单壁碳纳米管，也会在环境稀释和环境阳离子的作用下快速团聚沉降。由此可见，单壁碳纳米管在环境中长距离迁移并造成大范围污染的可能性和风险较小。

分散悬浮；团聚沉降；单壁碳纳米管；阴离子表面活性剂；超声

研究目的：腐殖酸（HA）对富勒烯（C60）粉末的悬浮作用以及pH、离子强度对HA-C60悬浮性能的影响。
创新要点：研究水质条件对C60悬浮性能的影响。
研究方法：测定C60粉末在HA溶液中的zeta电位，水力学粒径和悬浮浓度；HA存在下，C60悬浮体系的zeta电位与水力学粒径随pH的变化及C60悬浮体系团聚动力学随离子强度的变化。
重要结论：HA对C60粉末起到一定的分散作用，但不能使其长时间稳定悬浮于水中。当pH〈4时，C60水悬液开始沉淀；而当HA存在时，C60水悬液在pH3-11范围内都保持稳定，这是由于HA吸附于C60表面，通过静电排斥和空间位阻作用，促进C60分散悬浮。C60水悬液的稳定性随盐离子价位和浓度升高而降低。HA会抑制Na⁺对C60水悬液的脱稳作用；但高价离子Ca²⁺和La³⁺存在时，HA与C60之间会发生桥联从而促进C60水悬液脱稳沉淀。

富勒烯；腐殖酸；胶体稳定性；天然有机质；纳米材料

研究目的：比较牛血清蛋白和腐殖酸对Al2O3、SiO2和TiO2三种纳米颗粒团聚与沉降行为的影响，并讨论其影响机制。
创新要点：纳米颗粒团聚物直径的增大能引起其沉降速度的加快，但小的水动力学直径并不一定导致低的沉降速度，说明团聚直径不是决定纳米颗粒沉降的唯一因素。
研究方法：通过透射电镜观察纳米颗粒团聚物的形态；采用动态光散射技术研究纳米颗粒的团聚动力学；最后通过测量悬浊液的光学吸收来研究纳米颗粒的沉降动力学。
重要结论：牛血清蛋白处理降低了三种纳米颗粒在NaCl和CaCl2中的水动力学直径，原因是牛血清蛋白的球状结构能够引起颗粒间的空间位阻斥力。腐殖酸处理导致纳米颗粒的水动力学直径在NaCl中最小，而在CaCl2中最大（图4），原因是腐殖酸能通过钙的配位作用彼此连接，从而促进了纳米颗粒的团聚。牛血清蛋白减缓了纳米颗粒的沉降；然而腐殖酸在CaCl2中明显加大了纳米颗粒的沉降速度（图5），与其水动力学直径的增大一致。腐殖酸处理的纳米颗粒在NaCl中水动力学直径最小，但沉降速度却不是最低。

纳米颗粒；团聚；沉降；牛血清蛋白；腐殖酸

研究目的：探究四环素在不同官能团化碳纳米管上的吸附机制，并揭示Cu(II)和Ni(II)对四环素与碳纳米管间作用的影响机制。
创新要点：1.碳纳米管对四环素的吸附与其表面官能团种类密切相关；2.金属离子对碳纳米管吸附四环素的影响能力与金属离子络合性能相关。
研究方法：采用批量吸附试验和谱学手段表征相结合的研究方法。
重要结论：四环素在不同官能化碳纳米管上吸附能力的强弱顺序为：石墨化碳纳米管（G-MWCNTs）>羟基化碳纳米管（OH-MWCNTs）>羧基化碳纳米管（COOH-MWCNTs）>氨基化碳纳米管（NH2-MWCNTs），碳纳米管表面的官能团类型和数量对四环素与碳纳米管间的作用机制有重要影响（表1和图2）。Cu(II)和Ni(II)对四环素在G-MWCNTs上的吸附几乎没有影响，但对在其它三种官能团化的碳纳米管上的吸附表现出不同的影响能力（图3）。与Ni(II)相比，Cu(II)与碳纳米管上官能团具有更强的络合能力，因此Cu(II)对四环素在不同碳纳米管上吸附的影响要比Ni(II)更显著。

官能团化碳纳米管；四环素；吸附；络合

研究目的：研究纳米银对黄瓜和小麦的毒性及在植物中的转运和分布，探讨其毒性机制，为纳米银的环境风险评估提供科学依据。
创新要点：1.选取单子叶和双子叶植物为对象，比较研究纳米银对其萌发阶段和生长阶段的毒性效应及其影响因素；2.多数研究中的纳米银均有表面修饰，本研究选择无表面修饰的纳米银材料，排除表面活性剂的干扰因素；3.以络合剂半胱氨酸掩蔽解离出的银离子，探讨纳米银颗粒对植物毒性的贡献。
研究方法：通过植物根长（图2）和生物量（图3）分别评价萌发和生长阶段纳米银的植物毒性。利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定植物组织银元素的含量（图7）。通过组织切片，利用透射电镜（TEM）观察植物根中银的微观分布（图6）。通过在暴露介质中添加半胱氨酸掩蔽银离子来评价纳米银颗粒对植物毒性的贡献（图3和5）。
重要结论：在较高暴露浓度情况下，纳米银和银离子对小麦和黄瓜都具有明显的毒性。但当纳米银浓度低于200mg/L，银离子浓度低于5mg/L时，两者均能促进黄瓜根系的生长。两种植物在营养生长阶段比萌发阶段对纳米银的毒性更敏感。纳米银暴露后，银首先积聚于植物的根，然后被转移到地上部。为评价纳米银释放的银离子的作用，我们测定了暴露后介质中银离子的浓度。在种子萌发阶段，黄瓜和小麦的暴露液中约0.03%和0.01%的纳米银溶解，而在营养生长阶段，溶解的纳米银达到0.17%和0.06%。半胱氨酸作为银离子的强络合剂，能够彻底消除纳米银对黄瓜和小麦的作用，说明纳米银的植物效应可能来自于其释放的银离子。

纳米银；银离子；黄瓜；小麦；植物毒性

研究目的：研究花状氧化铁的制备并探讨其对砷的吸附性能和亚甲基蓝的催化性能。
创新要点：1.合成了花状氧化铁；2.发现Langmuir模型能更好地模拟砷的吸附过程；3.发现花状氧化铁对亚甲基蓝有很好的催化降解性能。
研究方法：1.使用扫描电镜、投射电镜、X射线衍射和BET比表面及孔径分析仪对合成的花状氧化铁进行表征；2.采用静态实验法研究砷的吸附性能及亚甲基蓝的催化行为。
重要结论：1.采用一种低成本的溶剂热法合成了花状氧化铁；2.合成的花状氧化铁有着较大的比表面积并对砷有着很好的吸附性能，并且吸附率随着pH的增加而降低。同时发现Langmuir模型能更好地模拟砷的吸附过程；3.亚甲基蓝的初始浓度和花状氧化铁的用量对催化性能影响较为明显，花状氧化铁有较好的重复利用性；4.合成的花状氧化铁可以应用于大批废水的处理。

花状氧化铁；砷；吸附；亚甲基蓝；光降解