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天然河口中纳米银的环境行为及与微塑料相互作用探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着纳米技术和塑料制品产业的飞速发展，纳米银（AgNPs）和微塑料作为两种典型的新兴污染物，在环境中的广泛存在已引起全球关注。纳米银凭借其卓越的抗菌、光电、催化等性能，被大量应用于医疗、食品、纺织、电子等众多领域。据统计，每年工业使用的纳米材料中含银材料超过50%，2008年AgNPs全球产量达到500t且还在不断增加。这些广泛应用的纳米银产品在生产、使用和处置过程中，不可避免地通过各种途径进入自然环境，如生活污水排放、垃圾填埋场渗滤液以及污水处理厂出水等。

微塑料是指粒径小于5mm的塑料颗粒，因其具有化学性质稳定、难降解等特性，在环境中不断累积。塑料产量自20世纪50年代以来持续攀升，2018年全球塑料产量约为3.59亿吨，1950年以来全球塑料生产超过80亿吨，其中仅有9%的塑料垃圾可回收利用，12%进行了焚烧处理，其余大部分塑料被丢弃到环境中，经光照、氧化、机械磨损等作用逐渐降解成微塑料。微塑料已广泛分布于海洋、淡水、土壤、大气等各种环境介质中，甚至在人迹罕至的极地冰川和高山积雪中也被检测到。

天然河口作为陆地与海洋的过渡地带，具有独特的生态环境和复杂的水文、化学条件。河口地区不仅接纳了来自陆地的各种污染物，包括纳米银和微塑料，还受到海洋潮汐、盐度变化等因素的影响。纳米银和微塑料在河口环境中的行为与在其他单一环境介质中有所不同，它们可能发生一系列复杂的物理、化学和生物过程，如吸附、解吸、团聚、溶解、生物降解等，这些过程不仅影响它们自身在河口环境中的迁移、转化和归趋，还可能对河口生态系统的结构和功能产生深远影响。

纳米银对水生生物具有一定的毒性，研究表明，AgNPs可以对各种不同的生物产生毒性，包括土著微生物、真菌、藻类、植物、无脊椎动物、脊椎动物和人类。在水环境中，AgNPs的毒性主要针对水体中的藻类和微生物，如人工制备的AgNPs会明显抑制海洋硅藻威氏海链藻的细胞生长、光合作用及叶绿素合成，AgNPs还能够抑制硝化细菌的生长。微塑料由于其微小的粒径和较大的比表面积，容易吸附环境中的其他污染物，如重金属、有机污染物等，成为污染物的载体，增加了其对生物的潜在危害。当纳米银和微塑料在河口环境中相遇时，它们之间可能发生相互作用，这种相互作用可能改变它们各自的环境行为和生态毒性，进一步加剧对河口生态系统的威胁。

研究纳米银在天然河口的环境行为及其与微塑料的相互作用具有重要的现实意义。有助于深入了解这两种新兴污染物在复杂河口环境中的迁移、转化和归趋规律，为准确评估它们对河口生态系统和人类健康的潜在风险提供科学依据。这对于制定合理的污染防控策略和环境管理措施，保护河口生态环境的健康和可持续发展具有重要的指导作用。

1.2国内外研究现状

1.2.1纳米银在水环境中的环境行为研究

纳米银在水环境中的赋存状态受到多种因素的影响。其自身的粒径、形状、表面涂层等性质对其稳定性和分散性起着关键作用。有研究表明，较小粒径的纳米银具有更高的比表面积和表面能，更容易发生团聚现象；而表面带有亲水性涂层的纳米银则在水中具有较好的分散性。环境因素如pH值、溶解氧、离子强度和溶解性有机质（DOM）等也显著影响纳米银的赋存。在酸性条件下，纳米银表面的电荷可能发生改变，导致其稳定性下降；DOM可以通过与纳米银表面的相互作用，增加其在水中的分散性和稳定性。

纳米银在水环境中的迁移能力与其存在形态密切相关。在水体中，纳米银可能以悬浮态、胶体态或吸附在颗粒物表面等形式存在。悬浮态的纳米银在水流的作用下可以进行长距离的迁移；而吸附在颗粒物表面的纳米银则会随着颗粒物的沉降而在水体底部积累。研究还发现，纳米银在土壤和沉积物等多孔介质中的迁移能力受到介质的孔隙结构、表面电荷以及离子强度等因素的制约，较高的离子强度会压缩纳米银表面的双电层，使其更容易被介质吸附而降低迁移能力。

纳米银在水环境中会发生一系列的转化过程，包括溶解、氧化、硫化和团聚等。溶解过程会导致纳米银释放出银离子，银离子的毒性通常比纳米银本身更强；氧化作用会使纳米银表面形成氧化层，改变其表面性质和毒性；硫化过程则是纳米银与水体中的硫化物反应生成硫化银，硫化银的稳定性较高，会影响纳米银的环境行为和归趋；团聚作用使得纳米银颗粒相互聚集形成更大的颗粒，从而影响其在水体中的分散性和生物可利用性。

1.2.2纳米银在河口环境中的研究

河口环境由于其独特的盐度梯度、复杂的水动力条件和丰富的颗粒物等特点，使得纳米银在其中的环境行为更为复杂。盐度的变化会影响纳米银的表面电荷和稳定性，当纳米银从淡水环境进入河口的咸水环境时，离子强度的增加会导致纳米银表面双电层压缩，从而促进其团聚