氧化石墨烯在土壤中的环境行为及生物效应
随着石墨烯类物质的规模化生产及应用，其不可避免地会进入环境，这可能会带来一定的环境风险。氧化石墨烯(GO)是石墨烯系列物质中目前应用最广、前景最好的代表性物质，研究GO的环境行为及生物效应，对科学客观评价石墨烯类物质的环境风险有重要的意义。此外，基于GO的大比表面积和强吸附能力，非常有必要探索GO对土壤中现有污染物环境效应的影响，以便全面评价GO乃至石墨烯系列物质对生态环境的影响。因此，本论文研究了GO在土壤上的吸附解吸行为及影响因素，研究了GO单独或与Cd共存对土壤微生物群落结构、生物量和生物酶活性的影响。 氧化石墨烯在土壤中的环境行为实验表明:土壤（有机质4.05％）对GO的吸附在前12h快速增加，然后增速显著下降，16h达到吸附平衡;GO在土壤中的吸附行为受土壤有机质含量、阳离子的影响。高(4.05％)、中(2.78％)、低(1.01％)有机质的土壤对氧化石墨烯的吸附率分别为82.25％、70.12％、62.51％，三种土壤对氧化石墨烯的吸附动力学模型更符合二阶动力学方程，最大的理论饱和吸附量分别为3.629mg·g-1、3.2851mg·g-1、3.1556mg·g-1，吸附速率常数分别为0.098min-1、0.091min-1、0.052min-1，表明土壤对GO的吸附率、最大理论饱和吸附量、吸附速率随着土壤有机质含量的下降均呈下降趋势。土壤钠离子增加2.5mol·L-1（有机质4.05％）导致土壤对GO的吸附率下降46.02％。 氧化石墨烯对土壤生物酶活性的影响实验表明:GO影响土壤脲酶与磷酸酶活性，且影响大小随GO浓度变化而不同(1)脲酶:在试验周期内，500mg·kg-1GO显著促进了脲酶的活性，最大提高26.47％，;而1000、2000mg·kg-1GO表现出现先抑制后促进的趋势，最大抑制率分别为11.50％、14.59％，最大促进率分别为23.31％、26.47％。GO与Cd共存实验组对脲酶的活性有显著的抑制作用，当培养至23天，Cd20与GO2000对脲酶活性的抑制最强，抑制率为26.47％。(2)磷酸酶:在试验周期内，500、1000mg·kg-1GO对土壤磷酸酶表现出先抑制后促进的现象，最大抑制率分别为6.09％、6.27％，最大促进率分别为10.21％、13.69％;2000mg·kg-1GO对土壤磷酸酶活性有促进作用，最大促进率为21.04％。GO与Cd共存对土壤磷酸酶有抑制作用，Cd20与GO500对脲酶活性的抑制最强，抑制率为35.81％。 氧化石墨烯对土壤微生物影响的实验表明:GO进入土壤后，培养的第2天低浓度GO(500mg·kg-1)不会对微生物群落结构产生影响，但随着时间的延长，500、1000mg·kg-1GO均会影响微生物的群落结构，2000mg·kg-1GO始终会显著改变微生物的群落结构。GO与Cd共存会快速对土壤微生物群落结构产生影响，但随着时间的延长共存实验组对微生物群落结构的影响下降。GO单独或与镉共存会影响微生物生物量的变化，革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌及放线菌对GO较敏感，随着GO浓度的改变三类菌类出现显著性变化，真菌对GO胁迫的敏感性低，受GO影响不大。
氧化石墨烯;土壤;吸附行为;解吸行为;生物效应
北京化工大学
硕士
环境工程
王曙光;宋玉峰
2017
中文
X132
107
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）