水介质中C60纳米晶体颗粒对氧自由基参与反应的作用机制研究

由于富勒烯C60的生产量及应用范围不断扩大，C60将不可避免地在使用、排放、废弃过程中进入水体。C60极其疏水，在水介质中以纳米晶体颗粒—“nC60”的形式存在，nC60在水环境中的迁移转化行为及其生物生态效应一直倍受关注。C60分子在不同介质中释放或吸收自由基的能力各异，虽然在水介质中形成的nC60不具备产生自由基的能力，但是大量有关nC60的生物毒性研究报导认为nC60引发的生物效应与活性氧自由基密切相关。本文首先探讨nC60在水中的形成规律，以及nC60性质与释放活性氧自由基能力之间的关系；其次通过建立产生氧自由基的反应，探究nC60对氧自由基产生水平的影响，旨在揭示nC60对氧自由基发生过程的作用机制；最后通过研究nC60的去除评价nC60的毒性风险，并探讨氧自由基与nC60的残留毒性之间的关系。研究表明，nC60与几种活性氧自由基的作用机制各不相同，表现为催化H2O2反应，猝灭•OH，抑制O2•−产生，不与1O2反应。nC60能够在黑暗中催化H2O2转变为共轭酸碱对HO2•/O2•−，原因是nC60具有电子传递的能力将电子传递给H2O2，促进HO2•/O2•−的生成；nC60能够“吸收”•OH，但反应速率较慢受扩散速度的限制；nC60抑制O2•−的产生，原因是nC60作为电子受体抢夺电子传递链上原本要传递给O2的电子，导致O2被还原成O2•−的机率变小。而对于单线态氧产生的体系，nC60既不干扰反应本身，也不与1O2发生反应。活性氧自由基的产生是nC60具有残留毒性风险的重要原因。通过混凝−沉淀−过滤水处理工艺评价nC60的去除效果，运用发光细菌评价nC60经过去除工艺后的残留毒性。结果表明复杂的水体成分，如表面活性剂、天然腐殖质及悬浮固体会不同程度地降低nC60的去除率，导致nC60残留在过滤液中，增大其毒性级别。尤其是TX100存在时，与nC60表现出协同毒性，使残留在滤液中的nC60产生氧自由基，且氧自由基的产生量与nC60残留浓度成正相关。. nC60对于不同氧自由基的发生过程的影响和作用机制各不相同，因此氧自由基的检测及种类鉴别应是评价nC60生物效应中的关键，本研究的结论为深入探讨nC60的毒性机制提供了重要思路。