纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

关键词： 工艺流程 废气 危害 废水

纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害（共7篇）

篇1：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

纳米材料在电子、磁学、光学、生物医学、药学、化妆品、能源、传感器、催化以及材料学等各个领域均有十分广泛的用途.其中,随着人类利用资源和保护环境的能力的拓展,纳米技术为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生,创造了有利条件.纳米技术与环境保护和环境治理的`进一步有机结合,将会有助于许多环保难题的解决,诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题的解决.

作 者：汤宏波 作者单位：中国科学院武汉文献情报中心刊 名：新材料产业英文刊名：ADVANCED MATERIALS INDUSTRY年，卷(期)：“”(3)分类号：关键词：

篇2：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

纳米材料在环境保护方面的应用 学号：205110803

姓名：尚晓娟

摘要： 随着纳米科技迅猛发展，越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境行为，本文综述了纳米材料的定义以及纳米材料在环境保护中的应用。

关键词：纳米材料； 环境保护； 应用 1引言

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料的合成和使用正日益增加，并且在电子、纺织、医药、化妆品、建筑、环保等行业，纳米材料都得到了广泛的应用。

2纳米材料定义

根据美国试验与材料协会(the American Society for Testing and Materials)和英国标准学会(the British Standards Institution)的定义，纳米材料是指任一维尺寸小于100nm的材料[1]。纳米材料在环境保护中的应用

3.1 水环境保护

在水环境保护方面，纳米材料及技术可以应用于以下几个方面：

（1）减少水资源消耗。

用纳米TiO2处理后的化学纤维制作的衣服、窗帘和帐篷等能起到自洁作用，不需使用化学洗涤剂清洗，从而降低了污水的排放量，同时减少了水资源的消耗。

（2）水的净化处理。

使用纳米材料的光催化方法，可使许多难降解的污染物转化为H2O和CO2 等无污染的小分子物质。

（3）用于有机物废水处理。

利用TiO2、ZnO等半导体对有机污染物进行光催化降解，最终生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物，正逐渐成为工业化技术，这为环境污染的消除开辟了广阔的前景。

（4）用作纳米净水剂。

一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10～20倍。

（7）抑制蓝藻生长。

研究表明，改性纳米TiO2具有较强的氧化能力，对滇池蓝藻的微囊藻胶群体、叶绿素以及超氧化物歧化酶活性等可产生明显的破坏性影响，从而可显著抑制蓝藻生长

［2］。

3.2 大气环境保护（1）用作煤炭助燃催化剂

工业用煤燃烧后也会产生SO2气体，如加入纳米级助燃催化剂则不仅可使煤充分燃烧，不产生CO气体，提高能源利用率，而且会使硫转化为固体硫化物，而不产生SO2气体，从而消除有害气体的产生［3］。

（2）用作石油脱硫催化剂

纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂，以半径为55～70nm的钛酸钴合成的催化活体多孔硅胶或以Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。

（3）用作汽车尾气净化催化剂

复合稀土化合物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其它任何汽车尾气净化催化剂都不能比拟的，它的应用可以彻底解决汽车尾气中CO和NOx的污染问题。

（4）用作纳米燃油添加剂

纳米燃油添加剂可以大幅增加动力，降低燃油消耗，提高发动机性能并延长其寿命，减少尾气中有害物质的排放，保护环境。（5）治理大气污染

利用纳米TiO2的光催化作用可将这些气体氧化成硝酸和硫酸,在降雨过程中除去,从而达到降低大气污染的目的。

［5］

［4］。

。

3.3 城市垃圾处理

（1）减少废物的产生

纳米材料的可回收、可生物降解等特性，可以提高食品包装的重复利用度、减轻环境污染［6］。

（2）处理城市垃圾

纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解,其降解速度是大颗粒TiO2的10倍以上,从而可解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力,避免了因焚烧处理而带来的二次环境污染问题。

3.4其它

（1）控制污染源

污染的预防是指有效地使用原材料、能源、水及其他资源以减少或消除废物的产生，从而从源头上遏制污染的发生。

（2）监测环境污染

利用纳米技术研制的碳纳米管可以用于监测NOx,可在室温下工作，造价低廉，而且体积小［7］。

（3）紫外线屏蔽

纳米TiO2具有很强的散射和吸收紫外线的能力，尤其是对人体有害的中长波紫外UVA、UVB(320～400nm,290～320nm)的吸收能力很强，效果比有机紫外吸收剂强很多，并且可透过可见光。

（4）噪声控制

运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大降低机器设备运转时的噪声，又能延长它的使用寿命

［8］

。结论与展望

近年来纳米材料在环境污染治理中的应用成为环境污染治理研究的新热点，并且取得了一些重要成果［9］。在今后的研究中，需要进一步加强：

（1）不同纳米尺度修复剂在土壤、水体中的存在状态、传输、转化和与其它物质相互作用的规律研究。

（2）土壤、水体中不同纳米尺度物质的探测和表征方法，建立纳米尺度有毒化学物质的数据库，进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围，以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害。

（3）需探索有效的纳米材料安全评价方法，建立统一的纳米材料毒理学实验方法、技术及安全标准，为纳米材料的生物毒性机制研究提供保障。

5参考文献

篇3：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

关键词：地理信息系统；环境科学；土地资源



中图分类号：F49文献标识码：A文章编号：16723198（2007）11029702

1GIS在资源环境中的应用

1.1GIS在土地资源中的应用

(1)土地资源清查。

20世纪60 至70 年代,加拿大就建立了土地清查地理信息系统(CGIS)，它可以在快速方便地输入实地详查资料的基础上,按要求输出各类土地面积、土地利用现状分布图以及坡度坡向图,也可按用户特定要求输出不同年代的土地利用类型等相应图件。国际土壤学会于1986 年开始着手建立1∶1 000 000的世界土壤O土地数字化数据库(world soils and terrain digital data base 简称SOTER)，希望利用GIS 技术完成全球性的土地资源清查。在我国,地理信息系统用于土地资源清查起步较晚,但发展迅速,它大大方便了土地资源清查与数据共享,为土地资源的合理利用与可持续发展提供了决策信息服务。

(2)土地资源评价与管理。

土地资源评价与管理是地理信息系统应用最早的和较为成熟的领域之一,由此产生了一系列的土地管理信息系统(LIS) 。早期的有美国纽约土地利用与自然资源信息系统(LUNR)， 美国明尼苏达土地管理信息系统(MLMIS) 。

20世纪70 年代以来土地资源信息系统得到迅速发展和普遍应用,出现了巨大的加拿大国家土地信息系统(CanGIS)，新西兰微型计算机土地信息系统(MIDGE，Giltap)，澳大利亚SIRO 土地利用规划信息系统,以及英国发展的土地资源信息系统。这些系统都将土地评价和规划过程相结合,并适用于土地管理,具有综合性和实用性。我国土地资源信息系统始于20世纪80 年代后期,但发展较快,戴旭利用ARC/ INFO 信息系统应用于农业土地资源评价，傅伯杰以延安地区为例建立了资源评价信息系统,周慧珍和贺红士等建立了区域微机土壤信息系统,分别对实验区进行了土地退化评价、土地利用变迁分析和土地肥力评价,倪绍祥、黄杏元等利用土地评价信息系统,改善了土地适宜性评价的效率和精度,将土地适宜性评价和土地利用规划决策联系起来。

1.2GIS在生态环境中的应用

(1)生态环境管理规划与宏观决策。

地理信息系统在生态环境研究中应用广泛,主要有环境监测、生态环境质量评价与环境影响评价、环境预测规划与生态管理以及面源污染等。空间监测信息的综合加工与快速而形象的反映是环境管理的迫切需要,监测信息的综合分析是一个复合型的巨大系统,引入地理信息系统,不仅可满足上述要求,而且可作为支持系统的有利工具。

通过GIS 与这些模型结合可以确定面源污染的影响因素、形成机理和分布规律,在实践中发挥了很好的作用。在我国,面源污染研究起步较晚,仍不够深入,主要是借用国外的一些模型进行土壤侵蚀研究和污染物总量控制,而面源模拟实验进行得很少。

(2)自然灾害预警及灾情分析。

从国内外发展状况看,地理信息系统技术在重大自然灾害和灾情评估中有广泛的应用领域。从灾害的类型看,它既可用于火灾、洪灾、泥石流、雪灾和地震等突发性自然灾害,又可应用于干旱灾害、土地沙漠化、森林虫灾和环境危害等非突发性事故。就其作用而言,从灾害预警预报、灾害监测调查到灾情评估分析各个方面,综合起来有如下几点: ①进行灾情预警预报; ②对灾情进行动态监测; ③分析探讨灾情发生的成因与规律; ④ 进行灾害调查; ⑤ 灾害监测; ⑥灾害评估。

1.3地理信息系统在土地资源与生态环境应用中存在的问题

(1)数据来源与数据质量难以保证。

土地资源与生态环境问题涉及土壤学、环境学与地理学等各个学科领域,其影响因素复杂,需要数据量大且要求质量高。然而由于仪器设备以及人力物力的限制,许多土地资源与生态环境数据难以获取。而且现有数据也往往由于数据来源不一、数据格式各异、年代不同等原因造成土地资源与生态环境数据质量难以保证,特别是数据格式不一,使各地区的数据难以共享,严重影响了GIS 的应用。同时,地理信息系统最基本特点是每个数据项都有空间坐标,即首先定位,才能使定性定量的属性数据与空间数据相连,而传统的人工采集与野外调查数据空间定位能力差,并且往往以点代面,不可避免的带来了各种误差。因此数据来源与数据精度一直是GIS 技术真正解决土地资源与生态环境问题的一个“瓶颈”。

(2)专业模型缺乏通用性。

现代土地资源与生态环境研究从世界范围和历史发展来看,许多发达国家已从第一阶段的侧重调查、分类和制图,进入第二阶段的侧重模拟、监测和管理。在这个阶段,问题的解决依赖于模型的建立,然而现有的模型多是面向某一地区特定条件下建立的,大多不具有空间和时间上的可移植性。

(3)系统集成性差。

集成是将基于信息技术的各种资源及分析方法(计算机硬件、软件、模型、接口及传感器) 集成一个协同工作的整体。随着地理信息系统在土地资源与生态环境中应用的深入,建立了一大批相关地理信息系统。这些专业地理信息系统数据库模型、专业模型以及两者之间的接口和GIS之间的连接方式均不一样,界面不统一不友好。GIS的数据模型仍然缺乏环境模拟所需的时空结构,GIS软件系统也不能够同时处理时空数据的结构可变性以及建立和检验过程的算法可变性。

1.4GIS在水资源与生态环境中的应用

由于水资源与生态环境评价牵涉面广，涉及数据信息来源多，因此需要运用多种手段进行分析研究。遥感技术、技术和管理信息系统技术在水资源与生态环境评价中的综合应用是未来发展的趋势。用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信息和各种变化， 是综合处理非空间数据的平台，同时也为空间数据提供了属性信息，则是对多种来源时空数据的综合处理分析和应用以及展示的平台。项技术综合运用将对大范围改善水资源与生态环境之间的关系发挥巨大的作用。

基于水资源与生态环境评价管理信息系统的主要用户对象是系统内部户，目前组件技术已相当成熟，并且由于结构的设计不受开发方式的限制，可以将的分析功能发挥至极致。水资源与生态环境评价管理地理信息系统由专题管理系统、空间数据管理系统及空间数据编辑系统I 部分组成。

专题管理系统是水资源与生态环境评价管理地理信息系统的核心部分，其主要任务是提供空间数据与属性数据进行连接的工具，建设专题信息，将空间数据和水资源与生态环境评价所需的属性数据结合成为有机的整体，使空间数据信息为水资源与生态评价服务，并在此基础上完成对空间数据和属性数据进行双向查询，既可以对属性库进行各类查询，又可将查询结果直观地在地图上表示出来，也能以地图为工具，查询图上各空间要素的详细资料，通俗的说，也就是从表到图、从图到表的双向信息查询，使信息达到既形象直观又详尽、具体的完美统一。专题管理系统还提供对空间信息进行量算、数据显示和输出及其他辅助功能。

1.5环境影响评价

环境影响评价用以识别和预测某项人类活动对环境所产生的影响, 解释和传播影响信息, 制定出减轻不利影响的对策措施, 从而达到人类行为与环境之间的协调发展。由于GIS 能够集成管理与场地有关的数据, 例如水质, 空气质量、污染源、土地利用状况等, 因而特别适合作为环境影响评价的分析和辅助决策工具。

2GIS的发展趋势

2.1RS、 GPS 和GIS 一体化技术的应用

RS (遥感) 作为一种获取和更新空间数据的强有力的手段,能提供实效性强、准确度高、监测范围大、具有综合性的定位定量信息,于是RS 信息便成了地理信息系统十分重要的数据源,它有助于GIS 数据库的及时更新,确保现实性,特别是环境动态监测,自然灾害防治以及土地利用分类等方面,具有其它类型数据所无法代替的优越性。GPS (全球定位系统) 是美国在24 颗卫星导航系统的基础上发展起来的最新一代卫星定位系统。它由三部分组成,即空间部分、地面监测部分和用户部分。GPS 为RS 影像数据和GIS数据提供精确定位信息。在当今全球变化研究、土地资源与生态环境、信息技术高实效性要求日益急迫的情况下“3S”一体化技术必将成为重要发展方向之一。

2.2应用模型的开发

目前应用模型的研究比较引人注目的是: ①引进空间化的数理统计和系统分析方法。②通过实例研究,建立专业模型。在GIS应用中,应用模型是联系GIS 应用系统与常规专业研究的纽带,模型的建立必须以广泛的专业知识为基础。这既是解决专业模型的关键,也是GIS 功能的扩展。因此应用模型研究是今后研究的重点和发展的主要方向之一。

2.3模型驱动的决策支持系统的发展

以模型库为驱动核心的空间决策支持系统以决策的有效性为目的,建立决策模型和空间复合运算,在不同的决策阶段予以不同的支持,支持决策的全过程,从而避免了运用GIS在空间信息的分析评价、时空分析、预测和模拟及。决策等过程中模型分析功能的不足。因此GIS 在土地资源与生态环境中的传统应用阶段必将走向空间决策支持系统发展阶段。

2.4人工智能的应用和专家系统的开发

20世纪80 年代开始的以知识为对象的信息处理,注意利用人工智能(AI) 的方法,通过专家知识的规范化建立知识库,发展专家系统。利用这种智能型的地理信息系统来解决不能用算法解决的复杂问题,将使GIS 的应用领域获得更大的拓展。

2.5标准化是发展方向

制订统一的规范和标准是信息系统共享的基础。美国、日本、法国和加拿大等国都十分注意全国性的统一规划和标准。我国应吸取国际经验结合本国实际,开展关于资源与环境信息系统国家规范的研究,以便科学而准确地规定系统中的内容分类,数据格式、控制体系、精度标准和技术名词等,以保证不同系统之间的交换和数据共享。

2.6网络地理信息系统的发展

网络技术的发展,给新一代GIS 技术重构带来了巨大的机遇与挑战。GIS 的空间分析方法由原理驱动转变为数据驱动;采用主流技术的标准与协议,实现GIS 空间数据的互操作性和全关系化;从单纯的GIS 技术转向同各种专业应用相结合,使之在全球信息基础设施上得到广泛应用。

参考文献

［1］鞠胜勇. 地理信息系统软件在房产测绘管理中的应用研究［J］．科技资讯，2007，(２８).

［2］张树斌．地理信息系统的发展历程与趋势［Ｊ］．太原科技，2007，(１０).

篇4：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

金昌市城区土壤重金属空间分布及潜在生态危害评价

通过对金昌市区范围内74处土壤的取样研究分析,结果表明:Cd、Cu、Ni、Pb、Zn5种重金属平均含量均超过当地土壤背景值,其中以Cu和Ni最为显著,其平均含量分别达到430 mg/kg和361 mg/kg;5种重金属变异系数均较大,其中Cu和Ni变异系数达到了115%和123%,属强变异性;采用克立格最优内插法得到金昌市表层土壤重金属含量的.空间分布图,发现Cu和Ni呈局部污染态势,矿业开采和金属冶炼加工等工业活动是Cu和Ni最大的污染源;Pb、Zn和Cd在整个研究区域内都有积累,工矿活动和交通运输是金昌市Pb、Zn和Cd的共同污染源.潜在生态危害评价结果表明,该地区重金属污染已构成中度生态危害.

作 者：黄璜 南忠仁 胡小娜 刘晓文 李媛 丁海霞 作者单位：兰州大学西部环境教育部重点实验室资源环境学院,甘肃,兰州,730000刊 名：环境监测管理与技术 PKU英文刊名：THE ADMINISTRATION AND TECHNIQUE OF ENVIRONMENTAL MONITORING年，卷(期)：200921(5)分类号：X825关键词：金昌市 重金属 克立格插值 潜在生态危害评价 土壤

篇5：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

摘要：本文简单介绍了分析化学的方法和种类，阐述了分析化学在陶瓷原材料检测中的作用。以氧化锆材料为实例，从其定性分析、定量分析和结构分析出发，重点介绍了XRD、化学滴定和激光粒度三种分析方法在氧化锆陶瓷原料检测方面的应用。并对比了这三种方法在材料检测上的各自特征。指出了分析化学在陶瓷原材料检测中的重要性。

关健词：分析化学；陶瓷；氧化锆；检测

研究物质化学组成的分析方法及有关理论的科学称为分析化学(analytical chemistry)。分析化学是化学的一个重要分支，它的任务主要有三方面：鉴定物质的化学组成(或成分)、测定各组分的含量、确定物质的化学结构。它们分别属于分析化学的定性分析(qualitafive analysis)、定量分析(quantitafive analysis)和结构分析(structuralanalvsis)的内容。分析化学不仅对于化学本身的发展起着重大的作用，而且在国民经济、科学研究、医药卫生、学校教育等方面都起着重要的作用。如在国民经济中对资源勘探、油田、煤矿、钢铁基地选定中的矿石及油气等的分析；在工业生产中对原料、中间体、成品的分析；在农业生产中对土壤、肥料、粮食、农药的分析；在原子能材料、半导体材料、超纯物质中对微量杂质的分析等，都需要应用分析化学。有关生产过程的控制和管理、生产技术的改进与革新，也需要依靠分析结果进行操作。

随着科技的发展，陶瓷材料已超越传统上的意义，对人类生产生活有着极其广泛的影响。从工业产品到日常生活，人类已经离不开陶瓷材料产品。因此，对陶瓷材料的检测也随之发展起来。如目前国内较先进的陶瓷产品性能的无损伤探测仪器，能在陶瓷产品无损伤的条件下进行诸如产品强度、抗热震性、外观有无裂纹、内部形貌、吸水率等指标的测试，有着广泛的应用前景。陶瓷材料分为原材料和成品材料。原料检测的方法有成分分析、形貌分析、晶相分析及粒度分析等。成品分析的方法有成分分析、晶相分析及性能分析等。

2　分析化学的分类

2.1　按检测原理分类

分析化学按检测原理可分为化学分析和仪器分析。

2.1.1　化学分析

化学分析法是主要利用化学原理进行分析的方法，它是绝对定量的。根据样品、反应产物，或所消耗试剂的量，以及反应的化学计量关系，来计算出待测组分的量。化学分析是建立在对分析物质成分确定的基础上，若分析物质成分不确定，则无法进行下一步的定量分析。

2.1.2　仪器分析

仪器分析是化学学科的一个重要分支，是目前的发展方向。它是以物质的物理和化学性质为基础建立起来的一种分析方法。利用较特殊的仪器，对物质进行定性分析、定量分析、形态分析。仪器分析的方法很多，每一种分析方法所依据的原理不同，所测量的物理量、操作过程，以及应用情况都不同。仪器分析虽然能够准确、高效地分析出材料的成分、含量等。但它的固定投资高，仪器维护使用费也高。而化学分析使用成本低，且还具有灵活性好、精度高等特点。仪器分析用来对物质进行定性分析，而化学分析则进行定量分析，目前它们被检测中心和科研所广泛采用。

2.2　按样品性质分类

分析化学按检测样品性质分类可粗分为无机分析和有机分析两大类。

2.2.1　无机分析

无机分析顾名思义就是对无机材料样品的分析，无机材料又可分为无机非金属材料和金属材料。无机非金属材料包括玻璃、水泥、陶瓷等。金属材料包括铝及其合金、铜、钢铁等。

2.2.2　有机分析

有机分析是指对有机材料样品进行的定量分析。有机材料包括石油、染料、塑料、食品、合成药物、中草药等。

3　分析化学在陶瓷材料检验中的应用

分析化学种类繁多，门类复杂，但归根结底都是对材料理化性能的分析，所以一般进行定性分析、定量分析和结构分析。下面以氧化锆粉体为例，分别对其进行XRD晶相、化学滴定和激光粒度三个方面的检测分析。

3.1　XRD晶相分析

XRD(X-ray diffraction)即x射线衍射分析方法。在众多的分析测试方法中，XRD是最基础和最常用的方法。其原理是利用x射线在晶体或非晶体中的衍射与散射效应，进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整性分析。当X射线穿过陶瓷材料单晶相或多晶相时，就会形成特定唯一的衍射图谱。通过衍射图谱的分析，查阅PDF卡片就可以确定其材料的晶相组成。特别是对于未知组份的陶瓷材料，XRD具有分析精确、判断效率高等特点。图1为氧化锆粉料的XRD图谱。

由图1可知，通过28.2°、31.4°、50.2°所对应的d值，查PDF卡片，通过卡片，可判断为氧化锆材质。通过2e角度对应的峰值强度可判断氧化锆粉料主晶相为单斜相。

3.2　化学滴定分析及举例

化学滴定分析是较为传统和适用的成分分析方法，该方法具有成本低、精度高等特点。化学滴定法一般分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法及沉淀滴定法等。这些方法都被普遍使用在生产检测当中。氧化锆的滴定方法有多种，下面介绍一种常用的滴定法——硫酸铵法。

准确称量1.0000g氧化锆，于150mL烧杯中；加3g硫酸铵、5mL硫酸。用表面皿盖上烧杯；在调压电炉上加热溶解样品，直至试样完全溶解到透明；冷却后用水溶解稀释，转入250mL容量瓶里，冷却至常温；加水稀释至刻度、摇匀、待测，记作溶液A。取A溶液25mL于250mL容量瓶中；然后加入lmL浓硫酸，加热；再加入EDTA标准溶液至近终点，加热至煮沸；然后再加入100mL水和两滴二甲酚橙指示剂，加热至煮沸，用EDTA标准溶液滴定至橙黄色，再加热煮沸。继续用EDTA标准溶液滴定至橙黄色不变为终点，记录消耗的EDTA标准溶液的体积。其计算公式为：

Zr02％=1／10(T·V)／G×100％　(1)

其中：T-EDTA对ZrO2的滴定度(g／mL)；

V-消耗EDTA的毫升数(mL)：

G-所用二氧化锆的质量(g)。

此方法采用EDTA络合滴定法。可准确测出原料中99％以上的氧化锆含量。经计算，测得上述氧化锆粉ZrO2含量为99.59％。

3.3　激光粒度分析

我国的粒度测试技术比以前的筛分法和显微镜法已有较大的改进。目前大多数检测机构、科研中心、企业都已采用激光粒度仪测试粉体粒度分布。虽然国家标准中仍将筛分法作为多种工业产品的粒度测定方法，但这些传统的方法有操作烦琐、耗时长以及重复性不好等缺点，已越来越不适应当前工业生产和科研快速反应的要求。而激光散射法是一种有效快速的测定粒度的方法，它可以较好地检测出颗粒粒径级配是否合理。图2为12μm氧化锆粉体的激光粒度测试结果。

4　XRD、激光粒度和化学滴定分析方法特征的比较

单一的分析方法很难将陶瓷原材料性能完全表征。因此，一种陶瓷材料需要几种分析方法相结合，才能全面地了解材料的性能，从而正确地指导生产。表1为XRD晶相、化学滴定和激光粒度三种分析方法的特征对比。

由表1可知，采用XRD晶相定性分析，可以很好地测试出晶相组成及含量；化学滴定定量分析，可以很好地测试出化学组成及杂质含量；采用激光粒度结构分析，可以很好地测试出粒径大小及分布情况。如果把XRD、化学滴定、激光粒度三种方法相结合，就能测定出陶瓷原料的基本性能。

5　结语

篇6：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

关键词 阅海湿地 ；沉积物 ；重金属污染 ；危害评价

分类号 X820.4

Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metals

in Superficial Sediments of Yuehai Wetland

ZHU Wei NI Xilu

（State Key Laboratory of the Seedling Bioengineering / Ningxia Institute of Forestry，

Yinchuan， Ningxia 750004）

Abstract In order to investigate heavy metal pollution and its potential ecological risk in sediments of Yuehai wetland， content and accumulation of heavy metals （As， Cd， Cr， Cu， Hg， Ni， Pb， Zn） were investigated. The highest values for heavy metals concentrations in sediments before the modern industrialization of the world and the natural background values were used to analyze the accumulation coefficient and potential ecological risk （PER） coefficients for heavy metal. The PER index for each sample location was also discussed. The method for evaluating PER index presented by Lars Hankanson was applied to assess the ecological risk. The results showed that when the highest values for heavy metals concentrations in sediments before the modern industrialization of the world were taken as references， the accumulation order for those heavy metals was Cr>Pb>Zn>Cu>As>Cd>Hg， the potential risk order of elements was Cd>As>Hg>Pb>Cu>Cr>Zn. The 4th sample point was under the highest potential risk，， which is much higher than other elements， the while the others had relatively small risk. To sum up， the potential ecological risk of Yuehai wetland was light， at least not very serious.

Keywords Yuehai wetland ； sediment ； heavy metal pollution ； risk assessment

通过各种渠道进入水体的重金属绝大部分被悬浮颗粒吸附，并在水动力作用的搬运过程中，当其负荷量超过水体搬运能力时，便逐步沉积下来，导致沉积物中重金属含量比水中高很多倍。因此，开展沉积物中重金属含量特征和潜在生态风险评价的研究不仅为湿地中重金属污染的来源、现状和监测提供科学依据，而且对生物多样性和人类生存环境的保护具有深远的科学意义，因此，近些年沉积物重金属的生态效应一直是研究的热点[1-4]。

相对其他类湿地而言，城市湿地更易受到人类活动的影响，特别是在人口稠密的城市，部分未经处理的生活污水、工业废水、农田退水及暴雨径流会直接排入湿地中，而其中包含的重金属污染物则可能会对城市湿地生态系统产生负面影响[5]。阅海湿地地处银川市金凤区，是由原天然的大、小西湖经人工开挖、连通而形成的中型湖沼。地理位置介于东经106°11′～106°14′，北纬38°31′～38°37′之间，平均海拔1 104～1 107 m；湿地面积2 000 hm2，是宁夏境内西北候鸟迁徙的重要停留与繁衍地，也是银川市范围内重要的天然湿地，对城市生物多样性的保护和生态环境的改善有着重要的作用。2003年，阅海湖通过人工运河——艾依河与沙湖、鹤泉湖等10多个湖沼相连通，沿途农业用水、洪水、少量生活工业用水均排入该湖[6]，加上富含营养盐的黄河水源补给和不合理的渔业资源开发等，使阅海湿地生态环境健康状况逐步恶化，水质呈典型中度富营养化湖泊特点，湖泊系统的生态和社会功能逐渐被削弱。

nlc202309041227

目前，国内外已有关于城市湿地沉积物中重金属分布规律及其污染评价生态风险的报道[7-8]。关于阅海湿地的研究主要集中在水体污染的环境功能影响、水质综合评价、生态需水量、环境承载力、生态系统保护、恢复与利用等研究[9-14]，湿地重金属相关研究鲜见报道。为查明银川市阅海湿地底泥重金属污染现状，预测其发展趋势，本文以湖泊表层沉积物为研究对象，通过对重金属含量的差异性分析，研究重金属元素在湖泊底泥中的污染状况，重点对国内外研究中普遍认为对生态环境有重要影响的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn这8种元素进行讨论，并采用潜在生态风险指数法[15]对其潜在生态风险进行评价，以期为阅海湿地重金属污染防治与治理提供参考，对银川市湖泊湿地保护与开发具有重要的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 采样时间与点位

采样时间为2013年8月底；采样方法：在阅海湖由北向南均匀设置5个断面带，采用机械采样与随机采样结合的方法，用抓斗式采泥器采集底泥，每个断面带的3个底泥样品各取等量充分混合后取1 kg，装入聚乙烯样品袋带回，共采集样品11个。其中，样品1～5为断面带样品，另外在湿地进水口（10）、出水口（8）、围网养殖区（9、11）、城市排污口（7）、农田退水口（6）采集混合底泥样品6个，具体点位见图1。

1.1.2 试验仪器

等离子体质谱仪（美国热电公司X SeriesⅡ），等离子体光谱仪（美国热电公司 IRIS Intrepid II）；原子荧光光谱仪（国家工程中心实验工厂 XGY-1011A型）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

将取回的底泥放在阴凉通风的地方阴干、均一，然后用玛瑙钵研磨过200目尼龙筛后送样分析。本研究的阅海湿地底泥样品检测的重金属污染指标有As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn。

1.2.2 样品检测时间、地点、方法

2013年9月上旬，样品经预处理后送中国地质科学院-地球物理地球化学勘查研究所分析检测。其中，As全量测定采用氢化物-原子荧光光谱法；Hg全量采用冷蒸气-原子荧光光谱法；Cr全量采用等离子体光谱法；其他元素均采用等离子体质谱法测定。

1.2.3 重金属潜在生态危害评价方法

从沉积学角度对重金属污染及其环境风险的研究备受关注[16-18]。关于底泥的污染评价，应用较多的有生物效应数据库、潜在生态危害评价、地质累积常数、多变脸谱图、污染负荷指数法等方法。生物效应数据库方法是目前美国、加拿大、北欧等国家和地区进行评价沉积物重金属质量基准的方法[19]。本文主要运用潜在生态危害指数法进行评价。

1.2.4 统计分析

利用Microsoft Excel进行数据描述和分析。

2 结果与分析

2.1 各湖泊湿地底泥重金属特征

阅海湿地底泥常见重金属元素含量如表1所示。

由于湿地自身环境的异质性，导致湿地各采样点底泥重金属含量具有一定的差异性，其中：Pb的差异性最大，变异系数为30.24%；Cr的差异性最小，变异系数仅为6.27%。根据湿地底泥重金属含量（表1），结合中国《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）的一级、二级自然背景值[20]和宁夏背景值[21]（表2）可知：所有采样点中，4号点的Cd、Cr、Ni含量都是最高的，7号点Hg、Cu含量最高，1号点Zn含量最高，11号点As含量最高，10号点Pb含量最高。整体来看，阅海湿地底泥各重金属元素平均含量均小于一级自然背景值（理想值），单个采样点来看，4号点的Cd、7号点的Cu、10号点的Pb含量高于一级自然背景值，尤其是Pb污染相对较严重，但都远小于国家二级自然背景值。因此，阅海湿地底泥重金属污染程度相对较轻。值得关注的是，除了As和Ni，其他重金属元素均值均高于宁夏背景值，说明随着时间的流逝，各种工农业及人类活动，导致湿地底泥重金属含量有增加的趋势。

2.2 湿地重金属的富集情况

通常采用富集系数来衡量单种重金属的富集程度，富集系数可表示为：

Cif=Cim/Cin（1）

式中：Cim为底泥中重金属i含量的实测值；Cin为计算所需的参比值（环境背景值）。

本文采用Lars Hankanson 提出的现代工业化前正常颗粒底泥中重金属含量的最高背景值[16]为参比值（表2）来反映调查湖泊重金属的实际污染程度。由于缺乏宁夏黄河流域湿地周边环境土壤这8种重金属的背景值，而各湿地大多属于国家级湿地自然保护区，所以选用我国《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）的一级自然背景值[15]为参比值（表2），来反映宁夏黄河流域湖泊湿地的相对污染程度。二者相结合能较好地反应湖泊潜在的生态危害程度。根据式（1）计算出各采样点重金属的富集系数，结果见表3、4。

从表3可知，以现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值为参照，阅海湿地底泥重金属中Cr的富集程度最高，平均富集系数达1.03，其次是Pb、Zn、Cu的较低，Hg的富集程度最低，平均富集系数仅为0.11。单元素富集程度Pb最高，富集系数为1.85，来自10号采样点，远高于其他采样点（0.80～1.00）。由表4可知，以我国《土壤环境质量标准》一级自然背景值为参照，Cd的富集程度最高，平均富集系数达0.81，其次是As较低，Hg的富集程度最低，平均富集系数只有0.18。

2.3 生态危害指数RI（Risk Index）

采用瑞典学者Lars Hakanson潜在生态危害指数法，对阅海湿地11个采样点沉积物中重金属的潜在生态危害进行评价。

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该方法利用沉积物中重金属相对于工业化以前沉积物的最高背景值的富集程度及相应重金属的生态毒性系数进行加权求和得到生态危害指数。计算方法为某一区域沉积物中第i种重金属的潜在生态危害系数及沉积物中多种重金属的潜在生态危害指数RI可分别表示为：

E=TgC=Tg（2）

RI=E=TgC=Tg（3）

C为表层沉积物重金属i浓度的实测值；C为计算所需的参照值，参照值采用工业化以前沉积物中重金属的最高背景值（表2）；T为重金属i的毒性系数，它主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度。以工业化以前沉积物的最高背景值为参比值，可在更大程度上反映可能的潜在危害程度（表4）。本研究中Hg、As、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、的值分别取40、10、5、1、5、30、2。沉积物重金属生态危害程度的划分标准[15]见表5。

评价结果显示，阅海湿地底泥重金属生态危害系数均远小于40，表明生态危害程度都很轻微。其中，单项生态危害系数较高的是Cd，均值为9.75，有4个采样点的生态危害系数都超过10，远高于其它元素。按生态危害系数阅海湿地各采样点底泥重金属元素生态危害排序为：Cd>As>Pb>Hg>Cu>Cr>Zn。湖泊底泥中多种重金属的潜在生态危害指数RI显示，阅海湿地各采样点底泥重金属生态危害系数远小于40，生态危害指数远小于150，危害程度都为生态轻微危害。其中，采样点4底泥重金属潜在生态危害程度相对最高，RI为37.56，最低为6号采样点，只有27.98。总体而言，阅海湿地底泥重金属生态危害程度还是比较轻的，详见表6。

3 讨论与结论

阅海湿地表层沉积物重金属分析结果表明，以土壤环境质量国家一级自然背景值为参比值，各采样点沉积物重金属中，仅4号采样点的Cd含量、7号采样点的Cu含量、10号采样点的Pb含量高于自然一级背景值，说明阅海湿地沉积物重金属污染程度很低。已有研究表明：沉积物中的Cd含量与生活排污和化肥农药的流失严重有着密切联系，Cu 元素常用于杀虫剂、杀菌剂及工业生产；Zn 元素在工业用途上极为广泛，如冶金、印刷、染料、杀虫剂等均有用及，大部分的锌盐均可溶于水，在工业废水中，往往存在大量锌盐。7号点位于城市排污口附近，旁边有银川市第四污水处理厂，Cu、Hg含量均为11个采样点中最高；10号点为阅海湿地进水口，而且紧邻繁华路段，汽车尾气也是 Pb 污染的一个重要来源；4号点附近有围网养殖，人为干扰较大，且靠近城市排污口。总的来看，阅海湿地重金属可能来源为（1）农业来源：周边有大量农田，污水灌溉、农药、劣质化肥等的不合理使用，随农田退水流进阅海，渔业养殖废水偷排；（2）工业污染：水源上游工业废水等。

以现代工业化前正常颗粒底泥中重金属含量的最高背景值为参比值，阅海湖泊湿地重金属富集顺序为：Cr>Pb>Zn>Cu>As>Cd>Hg。由此可见，实际污染程度相对较严重的重金属主要为Cr、Pb、Zn。利用生态危害指数对阅海湿地表层沉积物重金属进行评价，生态危害排序为：Cd>As>Pb>Hg>Cu>Cr>Zn。宁夏湿地沉积物重金属相关研究很少，因此，本研究结论无法与以往数据对比，但可作为银川市环保等政府部门制定相关政策时的参考依据。总体而言，银川阅海湿地表层沉积物中重金属生态危害程度还是较小的。

随着工业现代化的快速发展、生活污水的不达标排放以及农田化肥的大量使用等，银川阅海湿地已受到重金属污染，无论以单种重金属的潜在生态危害系数，还是以多种重金属的潜在生态危害指数进行评价，湿地都受到了较轻微的重金属污染，尤其是个别采样点沉积物中Cd、Cu、Pb含量超过土壤一级自然背景值，而且除了As、Ni外，其他元素含量均超过了宁夏背景值，即重金属元素含量一直在缓慢上升，应该引起环境监测和环境治理等部门的关注，采取适当补救及保护措施，从而为整个阅海湿地的保护及可持续开发、利用提供科学依据。

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篇7：纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害

关键词：矿山、重金属污染、地累指数、潜在生态危害

沉积物是河流生态系统的重要组成部分，为底栖动植物生存发展提供了基础的外部环境；沉积物也是河流水环境体系中重要的“汇”和“源”，其环境质量常被视为可用于评价水体累积污染程度的指示指标。本文研究的矿山位于广东粤北山区，属特大型多金属矿山。经多年的开采，矿区附近已形成两个主要的尾矿堆积库。由于尾矿渣中硫含量较高[1]，其与空气接触后易被氧化，导致矿坑土壤酸化严重，加剧了尾矿中重金属的流失。本文以矿区下游主要水系沉积物重金属含量调查为基础，对矿山尾矿库及下游河流沉积物的污染水平及潜在的生态风险进行评价，为评估矿山废水环境影响及累积污染提供理论依据。

1. 材料与方法

2012年8月，对矿山拦泥坝和尾矿库及其下游受纳河流沉积物进行采样。使用重力底泥采样器采集各采样点表层沉积物样品，用双层聚乙烯袋密封保存带回实验室处理；样品自然风干后，剔除残留枝叶，砾石等杂物，研磨过筛（100目）；采用四分法取样分析各指标。所有实验用器皿均在10%的硝酸溶液浸泡1天后洗净使用；使用等离子光谱法测定表层沉积物中Pb、Cd、Hg和As含量进行测定。

2. 结果与分析

2.1 重金属含量及空间分布特征

沉积物重金属含量显示：除汞元素以外，各采样点的各金属指标浓度均处于较高水平。其中拦泥坝和尾矿库污染程度最为严重，均远远超出土壤环境质量Ⅲ级标准，其中铅、砷浓度最高，超Ⅲ级标准9.8和31.2倍，超广东省背景值167.8和131.5倍。而尾矿库坝前的镉浓度最高，超土壤环境质量Ⅲ级标准13.9倍，超全省背景值572.1倍。矿下纳污支流河流沉积物环境质量整体超Ⅲ级标准，其中镉超标0.7-1.3倍，砷超标2.8-5.8倍之间。

2.2重金属污染程度评价

采用地累积指数法（Forstner，1989）评价各金属指标相对富集程度，结果如表2所示。结果可见，矿下下游河流沉积物中镉的累积程度最高，各监测点评价级数在5-6级之间，为强-极强或极强污染程度；汞累积程度最低基本处于无污染（0级）或无-中度（1级）污染。铅、砷累积较为严重的区域主要在拦泥坝（6级）及其直接纳污支流（4级）；下游河流累积影响相对较轻，处于无污染或重度污染。采用均方根指数综合各重金属指标地累积指数[2]评价矿下河流沉积物中重金属的污染程度由强至弱依次为：Cd>As≈Pb>Hg。

表1 沉积物重金属污染地累指数Igeo与分级

2.3 重金属潜在生态危害评价

采用重金属潜在生态危害指数法（Risk index，RI）评价矿下水体重金属生态危害，结果显示（见表2）：Hg的生态危害系数Ei在各点均处于轻微级别；拦泥坝Cd、Pb和As的生态危害程度系数都超过320，达到极强程度；尾矿库Cd的生态危害系数最高，也达极强程度。尾矿废水的直接受纳小溪沉积物中Cd、Pb和As的生态危害系数大多处于强水平；而支流与干流生态危害指数在3.2～66之间，处于轻微危害至中等危害之间。根据各重金属元素生态危害系数均由强至若排序，则有：Cd>Pb>As>>Hg。从综合危害指数RI上看，矿山拦泥坝及尾矿库的生态危害程度最高，都已超过极强程度，是下游水体重金属水质的主要风险源。

表3 沉积物重金属生态危害评价

3. 结论

（1） 通过对广东粤北某重金属矿尾矿库与拦泥坝沉积物重金属含量的分析表明，Cd、Pb和As浓度已经达到相当高的水平，成为污染下游河流的主要污染来源。矿下直接纳污小溪的沉积物环境质量已劣于土壤环境质量三级标准，超过农林业生产和植物正常生长的土壤临界值；下游支流与干流水体沉积物质量基本满足三级标准。

（2） 地累积指数评价结果发现各重金属指标在受影响水系中的富集程度由强至弱的顺序依次为：Cd>As≈Pb>Hg；潜在生态危害程度由强至弱的顺序依次为：Cd>Pb>As>>Hg，并且Cd也是主要影响因子。

（3） 矿山下游各河流沉积物综合生态危害指数沿程逐渐降低趋势，但受矿山长期累积污染的趋势已经有所显现。

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