负载型纳米零价铁的生物安全性评价文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100nm范围内材料的性质和应用。由纳米技术制得的纳米材料是一种人工制造的新型物质，它的应用前景引逐渐引起人们极大的关注，纳米材料不仅对各种污染物有着很好的去除作用，其对人类健康和环境破坏可能带来的潜在影响也是值得我们研究探讨的。一些文章^[1,2,3]指出纳米材料产生毒性效应的主要原因是由于活性氧物质（ROS）的产生所引起的氧化应激反应。纳米材料由于其粒径小，比表面积大，其表面存在许多电子供体和受体，它们能与氧分子相互作用生成超氧离子并反应生成活性氧物质。同时，由于纳米材料具有小尺寸效应，纳米材料可以直接通过细胞膜或者通过细胞内陷的方式进入细胞内，对细胞结构造成破坏，也会使得细胞内的某些内含物溢出造成细胞的损伤。有些纳米材料还能释放有毒的金属离子，这些金属离子可以与细胞作用而产生毒性效应。

零价铁价廉易得，应用广泛，在过去的十多年里，大量研究都集中于对污染物的去除。纳米零价铁是零价铁由纳米技术发展而来，是指粒径小于100 nm的零价铁的颗粒，它是一种高效、快速、经济的土壤及地下水污染修复材料，具有表面积大，反应活性高等优点，可以有效地去除一系列常见的环境污染物，其中包括金属：镉、砷、钴、锌、铜等；非金属无机物：硝酸盐、溴酸盐、高铝酸盐等；氯代芳香烃：多氯联苯、对氯苯酚、聚氯联苯等；氯代脂肪烃：氯化甲烷等；以及染料、有机氯农药等^[3]，对于环境修复和污染治理有很好的应用前景。但与此同时，纳米零价铁存在易团聚，稳定性差，易被氧化等缺点^[3,4]，使其在实际应用中受到许多的限制。研究发现，利用负载材料使纳米零价铁负载到载体材料上或者通过对纳米零价铁表面进行修饰，形成包覆型纳米零价铁复合材料，不仅能够防止纳米零价铁的团聚，提高纳米零价铁的分散性，而且还能提升纳米零价铁的稳定性，保持对污染物较好的去除效果。

随着纳米技术的广泛应用，纳米材料不可避免地会进入到空气、土壤、水体等环境中，人们通过各种途径接触纳米材料的机会也越来越多，也会对生物和环境造成不同程度的危害^[3]。纳米材料由于粒径很小，在被生产使用和实验研究中，可以通过各种各样的途径进入空气，土壤和水体生态环境中，一旦纳米材料通过运输、生产、使用等过程释放到环境中，它们就十分难以清除^[3]。对于纳米铁材料来说，尽管铁是一种在自然界中分布广泛并且没有毒性的物质，但是当其粒径达到纳米级别时，由于尺寸效应，不可避免地会引起其物理化学性质的变化，由于nZVI粒径特别小，能穿过细胞膜和生物体的各类天然屏障，对环境及生态系统存在潜在风险，并且很可能对生物体产生毒性作用^[5,6]。考虑到nZVI在环境修复应用中的巨大潜力和可能的毒性效应，对nZVI进行生物安全评价及风险评估也显得尤为重要。因此，对纳米铁进行相关的毒性效应及风险研究是十分必要的。

近几年国内外关于nZVI生态毒性的研究成果表明^{[6, 7, 8]}，nZVI对病毒、细菌、微生物群落、以及动植物等都能导致一定的负面效应，尽管其毒性机制尚不明确，但普遍认为nZVI暴露后铁离子的释放和氧化损伤确实可以引起生物效应，部分研究还分析了环境因素和表面改性对其毒性的影响^[5]。对于纳米材料来说，纳米材料的种类、浓度、尺寸、表面特性、溶解度、以及生物的种类、水环境中天然有机物、pH和离子强度都会影响纳米颗粒的毒性效应^[10]。纳米零价铁作为纳米材料的其中一种，其毒性效应也可能与上述影响因素相关。

藻类由于其分布广、易繁殖、生长周期短、能在实验室培养研究等优点常被选作受试对象来评估纳米材料的生态毒性。并且藻类是整个生态系统的初级生产者，处在食物链的底层，所以藻类的安全性可以影响到整个食物链和生态系统。而铁是浮游植物维持细胞基本功能必需的微量元素，铁含量影响着浮游植物的生产力、群落结构和整个湖泊和海洋生态系统，是藻细胞生长和光合作用的重要影响因素^[9]，在培养液中当加入适量的铁元素后，能有效地提高藻细胞生长与光合速率^[10]，但过量的铁元素作为金属离子会产生一定的毒性作用，且有相关研究表明，nZVI的毒性机制之一为有毒金属离子Fe² 的释放。

作为一种新型的材料，纳米零价铁由于其独特的物理化学性质，被广泛应用于多种领域。但由于纳米零价铁存在易团聚、易被氧化、稳定性差等问题。所以，对于制备出一种负载型纳米零价铁来提升其稳定性和反应性是十分必要的。同时纳米零价铁也存在一定的生物毒性，具有一定的潜在风险，且目前对于其毒性机理的相关研究并不十分明确。因此研究纳米铁材料对藻类的生态毒性很有必要，对环境评估以及保护整个生态系统具有重大的意义^[11]。

对此，实验拟采用强碱性阴离子交换树脂D201作为负载材料，使用KBH₄作为还原剂通过液相还原法制备D201-ZVI复合材料，并研究其对藻类的生物安全性。

论文的主要研究内容暂定如下：

1. 负载型材料的制备和表征

D201-ZVI的制备采用简单的离子交换-液相还原法。用KBH₄溶液还原负载FeCl₄^-的D201树脂，得到黑色D201-ZVI。