第八届青年地学论坛

      银纳米颗粒（nAg）是一类用途广泛的纳米材料，具有独特的光学性能、电子性能和抗菌性能，释放到环境中后将对各种生物体及自然环境造成不利影响。环境中nAg的归趋、生物利用率和毒性主要取决于银的形态，阐明水体中银的赋存状态是研究nAg环境行为的关键。水体中的Ag⁺可在日光辐照下，通过配体向金属的电荷转移以及氧化性光瞬态中间体介导这两种途径，被天然有机质（NOM）还原并形成nAg，然而目前关于NOM介导nAg光形成机制的研究相对较少。Cl^-对水体中银的形态有显著影响，以往关于Cl^-对nAg光形成过程的影响及机制研究尚有不足。
      我们研究了不同NOM介导nAg光形成的机制及环境主控因子。研究发现，NOM介导的nAg光形成过程受Ag⁺浓度控制，并存在Ag⁺临界诱导浓度（CIC值）。Ag⁺浓度低于CIC值时nAg生成量极低，高于CIC值后nAg大量生成，即CIC值较低的NOM可以在低Ag⁺浓度的条件下更有效地介导nAg光形成。CIC值由NOM的光化学性质所定义，受水化学条件影响。NOM受光激发后产生的还原性自由基越多，氧化性自由基越少，CIC值越低。水体中Cl^-的存在可以使CIC值降低，但nAg的光形成仍然受氧化还原反应平衡控制。
      基于以上研究成果，我们进一步探寻了水体中是否存在介导nAg光形成效率更高的溶解性有机质（DOM）。黑碳中的水溶性组分被称为溶解性黑碳（DBC），是河流及海洋中DOM的重要组成部分。DBC与一些典型腐殖物质的元素组成相似，但结构上却有明显不同，相比于腐殖酸等其他NOM，DBC具有较高的芳香性，脂肪族化合物含量更少，并含有较为丰富的羧基、酚基等含氧官能团。我们探究了DBC介导nAg光形成的能力，并与其他NOM进行了比较。研究发现，DBC介导nAg光形成的能力极强。Cl^-浓度相同的情况下，相比于其他NOM，DBC介导nAg光形成的反应速率更快、CIC值更低（甚至达到了μg/L的范围），这主要归因于其Ag⁺络合能力更强、氧化性自由基生成量更少。此外，我们发现，给定水体中多组分NOM的CIC值取决于其中CIC值最低的组分。典型地表淡水水体中Cl^-含量较高，若水体NOM中有DBC存在，则水体NOM介导nAg光形成的能力将大大增加。
 

溶解性黑碳,银纳米颗粒,环境光化学,天然有机质