利用 SP-ICP-MS 研究納米顆粒在水質(zhì)凈化的凝絮過(guò)程中的行為

瀏覽次數(shù)：5537　發(fā)布日期：2019-6-21　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

簡(jiǎn)介

工程納米顆粒（ENP）可能通過(guò)廢水排放、含有 ENP 產(chǎn)品的錯(cuò)誤處置，以及室外應(yīng)用浸出等方式進(jìn)入天然水體，對(duì)環(huán)境造成潛在污染，這引發(fā)了人們的廣泛擔(dān)憂 1-3。如果飲用水水源中混入 ENP，則需評(píng)估在關(guān)

鍵飲用水處理過(guò)程中 ENP 的去向。凝絮沉淀是從飲用水中去除各類(lèi)顆粒的主要處理方法之一。因此，我們需要了解標(biāo)準(zhǔn)凝絮過(guò)程中 ENP 的行為，以便準(zhǔn)確預(yù)測(cè)人類(lèi)通過(guò)飲用水接觸 ENP 的情況4 。單顆粒ICP-MS（SP-ICP-MS）技術(shù)是 ENP 環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的前處理快速評(píng)估 ENP 的尺寸、數(shù)量和溶解金屬濃度。新近開(kāi)發(fā)的 SP-ICP-MS 方法適用于水中銀、金、二氧化鈦、氧化鋅和二氧化鈰 ENP 的表征和定量5,6。

由于消費(fèi)品和商品中使用了大量的 ENP，因此本項(xiàng)工作主要聚焦的是五種常見(jiàn) ENP：銀、金、二氧化鈦、氧化鋅和二氧化鈰。在兩類(lèi)地表水中，通過(guò) SP-ICP-MS 評(píng)估這些顆粒在凝絮過(guò)程中的行為。更多詳細(xì)信息請(qǐng)參見(jiàn)近期刊發(fā)在《Chemosphere》的論文 7 。這些實(shí)驗(yàn)采用的是4區(qū)凝絮，也即絮凝物清除。當(dāng)添加凝絮劑直至溶解點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生絮凝物清除，使不溶性“絮凝物”聚集在一起。水中其他顆粒將被凝入絮凝物中，并在沉降過(guò)程中被清除。由于易于使用，該技術(shù)已是廢水和飲用水處理系統(tǒng)中最常用的凝絮方法。

實(shí)驗(yàn)

材料

檸檬酸鹽穩(wěn)定的銀納米顆粒（40、70 和 100 nm 直徑）和 2 mM 檸檬酸鈉中的金納米顆粒（50、80 和 100 nm直徑）均采購(gòu)于 nanoComposix, Inc.。（美國(guó)加利福尼亞州圣地亞哥）。無(wú)包覆的二氧化鈦（100 nm）、二氧化鈰（30-50 nm）和氧化鋅（80-200 nm）納米顆粒皆采購(gòu)于US Research Nanomaterials, Inc.。（美國(guó)德克薩斯州休斯頓）。在去離子水中制備 ENP 的原料懸浮液。在水基質(zhì)中制備溶解型銀、金、鈦、鈰和鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)效應(yīng)的最小化，用于儀器校準(zhǔn)目的。

為模擬凝絮過(guò)程，硫酸鋁（Al2(SO4)3∙18H2O）、氯化鐵（FeCl3∙6H2O）和硫酸鐵（Fe2(SO4)3∙4H2O）等最常用的混凝劑皆采購(gòu)于 Thermo Fisher Scientic, Inc.。（美國(guó)賓夕法尼亞州匹茲堡）。河水樣品取自密蘇里河，而湖水樣品取自密蘇里州羅拉市的舒曼湖。從距離河岸大約兩英尺處的水面下方采集樣品。使用預(yù)先清潔的聚丙烯瓶收集樣品，而后將其儲(chǔ)存于冰箱之中直至使用。在使用之前，將冷藏樣品置于室溫環(huán)境中。

儀器和 SP-ICP-MS 方法

使用配備有 Syngistix™納米應(yīng)用軟件模塊的 PerkinElmer NexION® ICP-MS 進(jìn)行樣品分析和數(shù)據(jù)處理。儀器和方法參數(shù)如表 1 和表 2 所示，更多詳情參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 8,9。為避免48Ca 對(duì)48Ti 產(chǎn)生干擾，請(qǐng)選擇47Ti 進(jìn)行分析。

凝絮處理

凝絮處理（Phipps and Bird）采用六角攪拌頭和 2 L 方形燒杯。在燒杯中加入 2 L 水后，依次將 70 nm 金（5µg/L 金）、80 nm 銀（2 µg/L 銀）、100 nm 二氧化鈦（6 µg/L 鈦）、30-50 nm 二氧化鈰（5 µg/L 鈰）和80-200 nm 氧化鋅（6 μg/L 鋅）等納米顆粒加入燒杯之中，并以 100 rpm 速度攪拌 1 分鐘將納米顆粒分散。將已知濃度的凝絮劑加入燒杯中，并以 300 rpm 速度攪拌 30秒（快速混合），然后分別以 58、42 和 28 rpm 速度攪拌 10 分鐘（絮凝階段），最后靜止沉淀 3 小時(shí)。分散和沉淀后立即取樣，以評(píng)估納米顆粒經(jīng)處理后的粒度、濃度和溶解離子濃度的變化。

本研究重點(diǎn)關(guān)注一種特定類(lèi)型的凝絮處理：4 區(qū)凝絮，通過(guò)添加一定量凝絮劑，從而形成不溶性沉淀物。顆粒聚集在沉淀物中，而后通過(guò)沉降清除。

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