碳纳米管对菲在黄瓜幼苗中吸收传输的影响开题报告

碳纳米管（Carbon nanotube）首先由日本物理学家饭岛博士发现，它是一种一维结构的材料，由石墨片层绕中心轴按一定的螺旋度卷曲形成管状物。目前，碳纳米管作为一种新型的纳米材料被广泛研究。碳纳米管为六角形网格结构，即每个碳原子和相邻的3个碳原子相连，碳纳米管中的碳原子主要为 sp² 杂化，但也可以形成一定的sp³ 杂化键。从结构上可将碳纳米管分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，用以代替ITO（氧化铟锡）作为触摸屏的材料。碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。

自从碳纳米管被发现后其母体以及相应的复合材料在各个领域都有一定的应用，近年来，在水环境保护方面的应用也有广泛的研究。CNTs 具有独特的物理化学特性，由于其具有巨大的比表面积，对污染物具有优异的吸附性能，特别是对疏水性有机物。因此在水处理中常用于吸附去除水中的有机污染物，目前研究较多的化合物包括二噁英、多环芳烃、氯苯及氯酚、阿特拉津以及硝基芳香化合物等。有机物主要依靠疏水作用来实现在碳纳米管上的吸附，然而除疏水作用外，扩散作用、偶极力、碳纳米管与有机物之间的 π 电子极化等均有可能在多方面影响吸附质分子在碳纳米管上的吸附行为。对有机物的吸附研究表明，碳纳米管对其吸附能力较强且平衡速率较快，吸附pH 值范围较广。碳纳米管具有比表面积大、传导率高、化学稳定性好、机械强度高等优点。多壁碳纳米管作为吸附材料，可通过 π- π 作用力、分子间相互作用力和分子极性相互作用等方式与靶标物分子相连接。碳纳米管独特的结构和较大的比表面积，使其对有机物具备优异于其他吸附材料的吸附能力。碳纳米管的巨大比表面积和具有孔隙的结构可用于吸附各种物质。比如可用来储氢，或者利用其导电性和对气体吸附的选择性来检测环境中微量的污染气体或直接用于污染气体的吸附，而且在液相领域中，碳纳米管的强吸附能力可以用来去除水体中的无机、有机污染物。从目前的研究结果来看，碳纳米管对水体中的Pb² 、Cd² 、砷酸盐等无机离子及农药、苯类、酚类、酯类等有机污染物及各种微生物、病毒、毒素等都有很强的吸附去除能力。

碳纳米管由于其巨大的表面积和表面疏水性，对共存污染物尤其是有机污染物具有很强的吸附能力。碳纳米管对污染物的吸附不仅会改变污染物的环境行为，也会影响自身的环境行为。因此，由于工程上的大量应用而导致广泛存在于环境中的碳纳米管的环境风险应当被关注。目前已有研究报道碳纳米材料对微生物的毒性。碳纳米管直接与细菌接触，可导致细胞膜损伤，细胞代谢能力下降并引起核酸外泄。单壁碳纳米管(SWCNT)对革兰氏阴性的埃希菌属、假单胞菌属以及革兰氏阳性的枯草芽孢杆菌和葡萄球菌均能产生较大的细菌毒性，使细菌失活。而多壁碳纳米管对不同菌属细菌的毒性差异很大，总体毒性中等。

菲是一种含三个苯环的稠环芳烃，分子式C₁₄H₁₀。它存在于煤焦油中。菲的三个环的中心不在一条直线上,是蒽的同分异构体，为白色有光泽并发荧光的片状晶体，能升华。不溶于水，稍溶于乙醇，能溶于乙醚、冰醋酸、苯、四氯化碳和二硫化碳等，溶液具有蓝色荧光。菲作为多环芳烃的代表性化合物，来源广泛。多环芳烃的天然源包括火山爆发、森林、草原的天然燃烧和生物合成。火山爆发、森林、草原的天然燃烧是环境中背景值的主要来源。人为源主要来自有机物的不完全燃烧, 是环境中多环芳烃的主要来源。研究证实,许多碳氢化合物如煤、石油、木材、有机高分子化合物、烟草等在不完全燃烧时都能产生,当温度在1℃, 氧气不足而未能深度氧化时,最易生成。大气监测表明,空气中的浓度通常只是几ng/m³ ,但其大小随地理位置、季节变化和气象条件的不同而变化很大。工业区上方空气中的浓度通常要高于周围空气的几个数量级。城区交通干线空气中的污染较为严重。冬季采暖期空气中的含量也极易超标。由于其低水溶性、高亲脂性的特点,它们在水中的浓度很小，但易在沉积物颗粒,特别是有机碳颗粒上积聚。结果是沉积物中浓度要比水中的浓度高出几个乃至十几个数量级。

由于其疏水性强的特点，导致土壤是环境中多环芳烃的储库和中转站，而且由于人为活动，土壤中的含量比其他环境介质中要高得多。结果表明,植物能够由根吸收菲并将其输送到植物的茎和叶中。而碳纳米管可以穿透植物种子的种皮，提高种子的吸水量，进而促进种子发芽及根、茎、叶的生长，同时还能影响其运输效率。那么，碳纳米管可能对植物体内菲的传输和吸收造成影响。碳质纳米颗粒对污染物的优良吸附性能使其有可能被应用于土壤修复，部分纳米颗粒对作物具有促进生长的作用因而可能被应用于农业增产。但是，对纳米颗粒在植物生长系统中的行为和效应认识的缺乏有可能导致不良的后果，例如食物链污染等。一方面，碳质纳米颗粒的吸附性使其有可能促进环境中广泛存在的污染物进入植物体，造成食品安全问题；另一方面，碳质纳米颗粒对化合物也可能存在固定作用，从而降低杀虫剂类化合物的杀虫效能，对经济造成损失。然而，目前关于碳质纳米颗粒对植物体吸收富集有机污染物的影响的研究仍然有限，且作物、污染物、碳质纳米颗粒种类存在差异时往往具有不同的研究结果。

1.2 本论文研究的目的

建立植物中菲测定的前处理条件，明确碳纳米管对黄瓜幼苗吸收、传输菲的影响，初步判断相关影响机制。

1.3本论文研究的意义

通过此次试验，可以为在碳纳米管的影响下黄瓜幼苗中菲的测定提供基础数据。

2.1主要研究内容

1. 对测定植物中菲的前处理条件进行优化，确定菲的液相-紫外检测条件，进而计算出回收率、检出限和定量限；

2. 用水培来培养黄瓜幼苗，并且暴露菲及不同浓度的碳纳米管，探究碳纳米管的添加对幼苗根、茎、叶对菲吸收产生的影响

3. 根据不同暴露组的数据计算菲在黄瓜幼苗中的根-茎、茎-叶传输系数，并分析添加碳纳米管后对菲在植物中迁移的影响。

2.2预期目标

首先确定植物中菲的最佳测定条件。然后通过水培方法培养黄瓜幼苗，得到添加碳纳米管后对幼苗根、茎、叶对菲吸收的影响；通过比较根-茎、茎-叶传输系数，分析添加碳纳米管对菲在植物中迁移的影响；从而分析碳纳米管对有机污染物在植物体中吸收、迁移的相关影响机制。

3.1 研究方法

测定植物中菲的最佳条件通过比较加标回收率、检出限和定量限来确定；通过水培体系培养黄瓜幼苗，比较添加碳纳米管对幼苗根、茎、叶对菲吸收的影响；计算并比较根-茎、茎-叶传输系数，分析添加碳纳米管对菲在植物中迁移的影响。

3.2 研究步骤

1. 确定黄瓜幼苗中菲的测定条件

（1）确定用高效液相色谱-紫外检测器测定菲的仪器测定条件；

（2）确定前处理条件：采用固相萃取柱净化样品，通过淋洗曲线确定固相萃取柱的洗脱液种类和体积，比较不同填料的固相萃取柱的萃取效果；

（3）确定前处理方法后，通过测定加标回收率，确定方法检出限和定量限。

2. 黄瓜幼苗的培养及暴露

（1）双氧水灭菌

在烧杯中用30%双氧水浸泡种子15min（注：用表面皿盖住烧杯口，以免双氧水溅出）

（2）纯水浸种

每天换水，至略微出芽

（3）催芽

在表面皿底部铺上数层滤纸（4层或以上），将浸种后的种子铺于滤纸上。盖上两层纱布后再盖上两层毛巾，洒上纯水至毛巾湿透。每天早晚补充纯水，至根长到一定程度。

（4）育苗

用镊子将种子摆放至96孔板的孔中。放入纯水中育苗，期间适当补充水。

一周后，可换25%浓度的营养液，期间适当补充水。

可以一周换一次营养液，逐渐增加到100%浓度营养液浓度。

（5）间苗

暴露前一周间苗，移至400mL带盖培养杯中，使植物适应暴露环境。

（6）暴露

选取长势均一的黄瓜幼苗，测定其暴露前质量为mL。采用超声处理，配制不同浓度的碳纳米管悬浊液。菲的暴露浓度为500 ppb，碳纳米管的暴露浓度为1 ppm、10 ppm、100 ppm、1000 ppm。暴露期间采用多点位磁力搅拌器进行搅拌，防止碳纳米管沉降。暴露7天后，清洗黄瓜幼苗。用滤纸吸干表面水分，称重，记录质量为m2。分为根、茎、叶三部分，冷冻干燥3天。冷干后加液氮研磨，放置于离心管后，于冰箱-20 °C冷藏，待测。

3. 采用确定的前处理方法和检测条件，测定不同暴露组中植物体各部位菲的浓度。

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（1）3.5-3.16。查阅和研究文献资料，完成英文文献翻译。

（2）3.19-3.28。撰写开题报告，确定实验方案，进行开题；

（3）3.28-4.16。进行检测条件前处理和育苗的探索，确定前处理方法，并开始暴露植物。

（4）4.17。制作ppt，进行中期答辩。

（5）4.17-4.30。样品处理和检测。

（6）4.30-5.10。分析数据。

（7）5.10-6.8。撰写和修改论文，制作答辩ppt，查重；完善修改论文答辩

（8）6.15。论文答辩