石墨烯在水环境中的转化和降解行为研究进展
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马李璇1 李凯1 宁平1 梅毅2 王驰2 孙鑫1
《新材料》
2019年5期
摘要:
随着石墨烯的大量生产和广泛应用，向水环境中释放的石墨烯类垃圾和副产物与日俱增，从而带来不良的生态效应，极大地增加了石墨烯在环境和人体中的暴露概率。与此同时，石墨烯的生态毒性和环境效应引起了研究者的重视。石墨烯可以进入藻类、鼠内引起氧化应激反应，可以进入细胞与DNA及蛋白质等生物大分子物质相互作用，对生物体产生一定的毒性。此外，石墨烯具有巨大的比表面积和强烈的π电子活性，对有机污染物具有良好的吸附性能，进而对水环境中的有毒有害物质产生富集作用，改变污染物的迁移、转化和生态风险。研究发现，石墨烯在水环境中主要以团聚的形态存在，具有生物难降解性和强烈的疏水性。其衍生物氧化石墨烯在水体中能形成稳定的悬浮物，具有长期迁移性和亲水性的特点。这些特点使得不同形态的石墨烯在外界环境的作用下发生相互转化，甚至降解，导致它的理化性质、迁移性、吸附能力发生改变。这种改变会影响石墨烯的其他环境行为如迁移归趋、对环境污染物的吸附性能以及生态毒性等，因此研究水环境中石墨烯的转化和降解对评价其环境风险具有重要意义。外界环境如水体理化性质，化学、光热、生物介质与石墨烯的作用机制是近年来研究的重点。通过研究环境介质对石墨烯的结构性能和活性的改变，可以为分析石墨烯在水体中的生态效应的动态变化及其与有机污染物之间的相互作用提供理论基础。水环境中的pH值、盐溶液类型、离子强度、溶解性有机质等因素对石墨烯的聚合状态有不同程度的影响。尤其是溶解性有机质，它既可以通过空间位阻效应促进石墨烯的分散，又可以通过缠绕、交联促进石墨烯的团聚，进一步增加了研究石墨烯的转化和降解机制的难度。石墨烯在光照作用下产生的活性自由基是其结构性质变化的主要原因，而石墨烯与微生物的作用机制主要是酶促氧化。本文就石墨烯的光转化、热转化、化学转化及生物降解的过程和原理进行了综述，分析了影响石墨烯在水环境中转化和降解的因素及转化前后的环境效应。
