不同水介质中 ZnO/CuO 混合纳米颗粒的溶解行为及其对微藻生物响应的影响

《Scientific Reports》：Dissolution of a ZnO/CuO nanoparticle mixture, metal speciation, and microalgal responses in aqueous media of contrasting composition

　　

摘要

金属氧化物纳米颗粒，特别是ZnO和CuO，被广泛应用于光催化水处理中。它们的部分溶解会释放出可影响下游生物过程的可溶性金属物质。本研究考察了ZnO/CuO物理混合物（质量比为97/3%，浓度为100 mg·L^?1）在四种水介质中的溶解行为和形态变化：去离子水、Bold基础培养基（BBM）、不含EDTA的BBM以及OCDH 209合成废水。溶解实验显示两种材料之间存在显著差异：CuO的溶解量几乎可以忽略不计（最高为0.11 mg·L^?1），而ZnO在7天内释放的锌超过10 mg·L^?1。化学形态模型（Visual MINTEQ 3.1）预测游离Zn²⁺占溶解锌的17–48%，其余部分形成无机络合物（如ZnHPO₄、ZnCO₃）或EDTA螯合物。实验测得的小于3 kDa的Zn部分始终低于模型预测的游离Zn²⁺比例，尤其是在OCDH 209培养基中（低约50%），这表明其他过程可能影响锌在不同介质中的分布。基于溶解实验观察到的浓度结果，研究人员使用了微藻Scenedesmus obliquus，在三种复杂培养基（BBM、不含EDTA的BBM和OCDH 209）中进行了进一步实验，分别加入12.5、25和50 mg·L^?1的ZnSO₄。这些实验旨在评估培养基组成对添加锌的生物响应的影响，而非直接评估ZnO/CuO转化产物的毒性。在整个7天的暴露期间，添加锌并未阻止微藻的生长，尽管其生长趋势因培养基和锌浓度而异。对于光合指标（Fv/Fm、色素含量），所有处理组与对照组之间没有显著差异；然而，在所有培养基中，生物量的无机部分都随锌浓度增加而增加，且增幅因培养基而异。综上所述，这些结果表明培养基成分会影响锌的形态，并可能对生物响应产生培养基依赖性影响。