银纳米颗粒对水生环境中硝化作用和相关一氧化二氮产生的影响-九游会老哥俱乐部登录

在过去的几十年中，纳米技术发展迅速。由于基于纳米技术的消费产品的生产和广泛应用，大量的纳米材料正排放到环境中。这些纳米材料引发了潜在的人类健康和生态环境问题。具有高表面/体积比和增强的催化性能的纳米粒子比其本体粒子具有更高的反应性，因此可能更具毒性。纳米颗粒还可以用作危险污染物的载体，因此可以促进其在环境中的迁移。银纳米颗粒（agnps）由于其广谱抗菌活性而成为常用的纳米材料。它们用于洗衣添加剂，个人护理产品，儿童玩具，纺织品和医疗产品等产品，这些产品加起来占所有纳米技术增强产品的约25％。通常，agnps用封端剂固定，封端剂通常是带负电荷的物种或相对较大的亲水性聚合物，例如柠檬酸盐，右旋糖酐，阿拉伯树胶，聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮（pvp）。其中，pvp是一种有吸引力的常用封端剂，可通过空间稳定作用来稳定和保护agnps。稳定的agnp可以通过多种途径暴露于环境中，包括其制造，使用，回收和处置期间。最近，agnp使用量的迅速增加引起了公众对潜在环境影响的广泛关注，尤其是agnp对微生物生态系统的意外影响和相关的生态风险。

agnp的全球产量为每年5.5到550公吨。但是，预计到2020年年产量将增加到1216公吨。估计地表水中agnps的环境浓度约为0.04至0.32μg升-1，预计沉降速率约为2至14 mg kg-1a-1。到2020年，地表水和沉积物中的agnp浓度可能分别达到约0.2至1.8μg升-1和87.8至614.4 mg kg-1。已经证明，agnps在运输过程中容易发生硫化作用并转化为高度不溶的ag2s，尤其是在污水处理系统中。但是，部分释放的agnp在其对环境产生毒性之前无法完全转化为ag2s，具体取决于颗粒大小，聚集水平和释放的agnp的浓度。值得注意的是，银在自然环境中以各种物种存在，包括ag2s，agcl，ag 和颗粒银。已经证明，在自然水生环境中，在阳光条件下，fe（iii）存在下，agnps可以从ag2s中大量重整。此外，在暴露于阳光的环境水中，可通过溶解有机物（dom）将ag 光化学还原为agnps。还证明了agcl在辐照下可转化为agnp。由于fe（iii）和dom在自然水生生态系统中无处不在，因此从ag2s和ag 转化agnps的过程也很普遍，从而增加了agnps在自然水生环境（如河流和河口）中的持久性。因此，随着agnp用量的不断增加，水生环境中与agnp关联的风险也将增加，需要进行相应的生态毒理学评估。已经表明，agnps的毒性作用主要来自银离子（ag ）的溶解和释放，活性氧（ros）的产生，内分泌的破坏以及细胞损伤和炎症。尽管正在探索毒性机制，但对于水生环境中agnp对硝化速率的影响以及随之产生的n2o（一种温室气体）的产生知之甚少。硝化是平衡环境中还原和氧化氮池的关键过程，它将矿化作用与反硝化和厌氧铵氧化（anammox）的氮损失途径联系起来。硝化剂的缓慢生长及其对环境扰动的高度敏感性通常会导致细胞生长受到包括agnps在内的有毒物质的抑制。硝化作用是环境中n2o产生的重要途径。在硝化过程中，n2o既可以作为羟胺（nh2oh）氧化的副产物（nh2oh→noh→n2o）生成，也可以作为亚硝酸盐（no2-）通过硝化器反硝化还原的最终产物或中间产物生成。 n2o对气候变暖的影响比二氧化碳（co2）强300倍以上，并且可以与平流层中的臭氧发生反应。来自低氧的压力可以诱导硝化器n2o的产生，我们假设暴露于agnp的压力也会加剧硝化器n2o的产生。

结果与讨论

agnps对硝化率的影响

通过沉积物泥浆培养实验，研究了agnps对长江口潮间带沉积物硝化群落活性的毒性。选择了三种不同尺寸（10、30和100 nm）的pvp涂层agnp。还研究了ag （以agno3的形式）的毒性，以比较其与agnps的毒性。在急性暴露的30小时内，硝化抑制水平在最初的12小时内逐渐增加，然后保持相对稳定，这可能是由于几乎饱和的银毒性所致。因此，通过绘制12小时内测得的硝化抑制水平相对于agnp暴露浓度的图，绘制出剂量-反应曲线。随着agnp剂量的增加，硝化抑制作用呈指数增加（p <0.01）。根据剂量反应曲线，我们确定了相对于对照，硝化速率降低了10％（ec10或有效浓度）和50％（ec50）的agnp浓度。 agnp对硝化活性的毒性取决于大小，对于10、30和100 nm agnp，ec10值为32、145和502μg升-1，ec50值为421、1775和6020μg升-1，分别（图1）。较小的agnp的毒性增加可能是由于细胞膜与较小颗粒的表面之间的接触增加，或间接地是由于较小的agnp表面积/体积比较大，导致ag 从较小的agnp中溶解增加所致。