氧化石墨烯及氧化石墨烯量子点在水中稳定性及对铜绿微囊藻毒性研究

论文摘要

氧化石墨烯（GO）及氧化石墨烯量子点（GOQD）的广泛应用增加了其进入到生态环境特别是水环境中的机会。为了更好地了解GO及GOQD的环境风险,需要对其水生行为及不利影响和可能的毒性效应进行研究。本研究以GO及GOQD作为受试纳米材料,首先探究了它们在形貌结构及组成上的物理化学性质区别。接着比较了pH值、电解质及腐殖酸对GO及GOQD在水中稳定性的影响。最后以铜绿微囊藻作为受试生物,分析了GO及GOQD的生物毒性。通过傅里叶红外光谱及x射线光电子能谱分析表明,GO及GOQD表面均含有大量的含氧官能团。相比GOQD,GO表面含氧官能团总含量更高,且羟基比例较大,而羰基及羧基含量较少。通过测定纳米材料的zeta电位及水合粒径考察了pH值、天然有机物及Ca2+、Mg2+、K+、Na+四种阳离子对GO及GOQD稳定性的影响以预测其在水环境中的迁移规律。随着pH值的增加zeta电位降低,在pH值为6-9范围内,zeta电位变化较小且维持在-20mV-25mV之间,由于表面静电斥力在该pH值范围内体系相对稳定。四种阳离子对GO及GOQD稳定性均产生一定程度的影响,氧化石墨烯及氧化石墨烯量子点水合粒径及zeta电位随着电解质浓度增加而升高。四种阳离子对GO及GOQD的凝聚促进作用由强到弱分别是:Ca2+、Mg2+、K+、Na+。其中二价阳离子对GO及GOQD凝聚作用大于一价阳离子,同一价态原子量大的阳离子促进作用大于原子量小的阳离子。腐殖酸提高了GO及GOQD在水中稳定性,水合粒径降低,zeta电位绝对值升高。本文研究了GO及GOQD对铜绿微囊藻藻细胞生理生态特性的影响。通过测定蛋白质、叶绿素、抗氧化物质含量及抗氧化酶活性以探究GO及GOQD对铜绿微囊藻的致毒机理。研究发现GO及GOQD对铜绿微囊藻均产生抑制作用,且藻密度与染毒浓度成负相关。暴露在不同浓度的GO及GOQD中使得铜绿微囊藻蛋白质合成受到抑制。由于藻细胞内活性氧（ROS）含量增加,需要更多的能量来维持保护性基因的表达及抗氧化系统的正常工作,因此观察到酯酶活性、叶绿素含量及胞内多糖含量增加。实验观察到铜绿微囊藻细胞内抗氧化酶活性普遍升高,抗氧化物质、脂质过氧化产物含量均增加,结果表明GO及GOQD对铜绿微囊藻的毒性效应与氧化损伤息息相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 氧化石墨烯的应用
•     1.1.1 物质检测
•     1.1.2 材料/膜改性
•     1.1.3 污染物去除
•     1.1.4 能源领域
•   1.2 氧化石墨烯量子点的应用
•     1.2.1 光线疗法
•     1.2.2 光催化剂
•     1.2.3 生物检测
•     1.2.4 膜填料
•   1.3 纳米材料对环境的潜在影响
•     1.3.1 金属纳米材料
•     1.3.2 其他碳纳米材料
•     1.3.3 氧化石墨烯及氧化石墨烯量子点
•   1.4 纳米材料在水中稳定性的研究
•     1.4.1 金属纳米材料
•     1.4.2 碳纳米材料
•   1.5 课题意义及研究内容与技术路线
•     1.5.1 课题研究意义
•     1.5.2 研究内容
•     1.5.3 技术路线
• 第2章 试验材料与方法
•   2.1 实验试剂与仪器
•     2.1.1 实验试剂
•     2.1.2 主要试验仪器及设备
•   2.2 溶液的配制
•     2.2.1 BG11 培养基配制
•     2.2.2 盐溶液的配置
•     2.2.3 荧光素二乙酸酯溶液配置
•   2.3 GO及 GOQD特性表征
•     2.3.1 纳米材料形貌特征
•     2.3.2 纳米材料的表面官能团
•     2.3.3 纳米材料结构特性
•   2.4 GO及 GOQD在水中的稳定性试验
•     2.4.1 纳米材料储备液的配制
•     2.4.2 p H值对材料在水中稳定性的影响
•     2.4.3 电解质对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
•     2.4.4 电解质对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
•     2.4.5 天然有机物对纳米材料在水中稳定性影响
•   2.5 材料对铜绿微囊藻的毒性效应实验
•     2.5.1 铜绿微囊藻培养及染毒
•     2.5.2 细胞计数
•     2.5.3 叶绿素含量测定
•     2.5.4 多糖含量测定
•     2.5.5 细胞酯酶活性测定
•     2.5.6 毒理学指标测定
• 第3章 GO及 GOQD的基本特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 GO及 GOQD的形貌特征
•     3.2.1 透射电镜
•     3.2.2 扫描电镜
•   3.3 GO及 GOQD的组成及结构特征
•   3.4 GO及 GOQD的表面官能团
•   3.5 GO及 GOQD在水中的稳定性
•   3.6 本章小结
• 第4章 水环境因素对GO及GOQD稳定性的研究
•   4.1 引言
•   4.2 电解质对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
• 2+对氧化石墨烯在水中稳定性的影响'>    4.2.1 Ca²⁺对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
• 2+对氧化石墨烯在水中稳定性的影响'>    4.2.2 Mg²⁺对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
• +对氧化石墨烯在水中稳定性的影响'>    4.2.3 Na⁺对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
• +对氧化石墨烯在水中稳定性的影响'>    4.2.4 K⁺对氧化石墨烯在水中稳定性的影响
•     4.2.5 四种阳离子对氧化石墨烯在水中稳定性的影响比较
•   4.3 电解质对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
• 2+对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响'>    4.3.1 Ca²⁺对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
• 2+对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响'>    4.3.2 Mg²⁺对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
• +对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响'>    4.3.3 Na⁺对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
• +对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响'>    4.3.4 K⁺对氧化石墨烯量子点在水中稳定性的影响
•     4.3.5 四种阳离子对氧化石墨烯在水中稳定性的影响比较
•   4.4 腐殖酸对GO及 GOQD在水中稳定性的影响
•   4.5 本章小结
• 第5章 GO及 GOQD对铜绿微囊藻的毒性效应研究
•   5.1 引言
•   5.2 对铜绿微囊藻的生长影响
•   5.3 铜绿微囊藻的蛋白质及多糖含量变化
•   5.4 对铜绿微囊藻抗氧化系统影响的分析
•     5.4.1 对超氧化物歧化酶活性的影响
•     5.4.2 对过氧化氢酶活性的影响
•     5.4.3 对还原型谷胱甘肽含量的影响
•     5.4.4 对丙二醛含量的影响
•   5.5 对铜绿微囊藻酯酶活性的影响
•   5.6 对铜绿微囊藻叶绿素含量的影响
•   5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王艳秋

导师: 崔福义

关键词: 稳定性,生物毒性

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: X171.5

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004242

总页数: 69

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