iGEM項目簡介-去除工業和生活汙水中的納米粒子

iGEM項目簡介-去除工業和生活汙水中的納米粒子

北極星水處理網訊:背景知識

什麼是納米粒子(Nanoparticles)?

根據國家納米技術倡議(National Nanotechnology Initiative，NNI)的說法，「納米技術就是理解和控制大小在1到100納米(nm)範圍內的物質。」因此，納米粒子(NPs)被定義為大小約在 1至100納米的顆粒物質(Vert等，2012)。

為什麼要使用納米粒子?

NP的小尺寸和高表面積與體積比使其成為諸如醫學成像，藥物輸送，化妝品，服裝，個人護理和過濾等許多領域的新穎應用的理想選擇。 目前，伍德羅˙威爾遜國際學者中心和納米新興技術項目(PEN)列出了2000多個納米材料在20多個國家的消費品，其中銀，碳，鈦，矽，鋅和金是產品中最常用的材料 (Vance等，2015)。 例如，銀納米粒子(AgNPs)通常被納入運動服裝中，利用其抗菌特性來抑制氣味(Ahamed等，2010)。 二氧化鈦納米粒子和氧化鋅納米粒子因其透明的外觀，光滑的應用和廣譜的紫外線防護，常被用作防曬劑的主要防紫外線劑(Lewicka et al。2013)。

圖1-1 粉底中存在的二氧化鈦納米粒子(TiO2 NPs，亮白色點) 樣品：Emily C。SEM成像：Laurent H.，Jesse K.

圖1-2 防曬劑中存在的氧化鋅納米粒子(ZnO NPs，亮白色點) 樣品：Emily C。SEM成像：Laurent H.，Jesse K.

納米粒子在使用中有什麼問題?

當評估NP對環境或人類健康的潛在風險時，應考慮兩個主要因素：接觸可能性和毒性。 儘管由於納米技術的相對新穎性，納米顆粒的長期效應在很大程度上是未知的，但許多體外和體內研究指出潛在的負面健康和環境影響。

「風險」的第一部分涉及暴露於NP下的可能性。 根據PEN的說法，NPs是「健康和健身」產品中最常用的 - 佔記錄產品的42%(Vance等，2015)。 這個類別的一些例子包括運動裝，防曬霜和化妝品。 例如，AgNP是抗菌運動織物上常見的塗層(Ahamed等2010); 然而，在人造汗液中培養時，已顯示其會從織物中釋放(Kulthong等，2010)。 這表明AgNPs在運動過程中可能會脫落，很可能使AgNPs與皮膚接觸。 在化妝和防曬霜(圖1-1和1-2)中常常發現TiO 2和ZnO NPs，它們被局部施用並且與人們長時間接觸。 近期的消費品中納米材料使用量的增加導致了更高的暴露率。

納米顆粒的小尺寸使它們在消費品中有多種用途，而因其比大型化學品更具反應性，通常毒性更大。 影響毒性的因素有很多，如組成，表面特徵和形狀，但顆粒的大小似乎對毒性有最直接的影響。 在使用大腸桿菌中測試時，當暴露於10nm以下的微波銀顆粒下時，毒性會急劇增加(Ivask等，2014)。 在對甲殼類動物，藻類和原生動物的另一項研究中，CuO納米粒子顯示出比微粒(即0.1微米和100微米之間的粒子)高達5000倍的毒性(Bondarenko等，2013;Vert等，2012)。

了解到納米粒子的大小與毒性直接相關後，一些研究已經檢查了常用的小(<35nm)NPs對環境和健康的影響。 ZnO納米顆粒可以抑制常見溼地植物的根系生長(Yin et al。2012)。 黑頭鯫(Pimephales promelas)胚胎在暴露於不同濃度的AgNPs後會導致死亡或經歷生長異常(Laban等，2010)。 此外，體外研究報導了NPs對人類細胞的負面影響。 Paddle-Ledinek等人發現含AgNPs的抗菌傷口敷料對皮膚細胞(角質形成細胞)具有細胞毒性; 作者在兩者接觸3小時後注意到「無序」的形態學特徵並且細胞增殖，生存力和代謝出現降低(2006)。 徐等人也報導了20納米的AgNPs可能會對神經元發育造成不利影響; 在NPs暴露下降低了早產大鼠神經元的細胞活力並引發了成熟大鼠神經元的變性(2013)。

隨著納米技術成為我們日常生活的一個組成部分，納米材料及其廢物將由於處置方法不足而進入，而且可能已經汙染了我們的自然環境。 據估計，在消費品中使用的AgNPs和TiO2納米顆粒中約有95%會進入廢水中(Mueller & Nowack 2008)。 考慮到美國大部分家庭都與公共下水道相連接，Holder等人估計在美國每年有2.7噸AgNPs和229.3噸TiO2進入城市汙水處理廠中(2013年)。

目前的解決方案

目前還沒有專門規定NPs使用和處置的政府政策，因為世界各地的機構仍然依據現有的大宗化學品準則對其進行管理(Breggin 等，2011)。 然而，最近有研究表明，與大規模化學品相比，NPs的行為有著根本性的不同，且風險顯著增加。 在美國，大型化學品生產每年有100公斤的生產門檻，製造商需要通知環保署其活動(美國律師協會2006)。 由於納米材料作為大宗化學品具有不同的性質，這些過時的法律允許許多公司逃避法規，向顧客出售含有NP的產品而無需監督(Holder等，2013)。

儘管需要防止NP汙染，但目前的市政汙水處理廠沒有專門的程序去除廢水中的NP。 相反，納米顆粒仍在使用傳統的處理較大的顆粒的方法來進行處理：使用絮凝劑進行沉降。 雖然這個過程中可以去除一些納米粒子，但完整的納米粒子去除尚未實現。 一項對亞利桑那州汙水處理廠進行監測的研究發現，儘管沉澱過濾對大型集料(72%的去除率)有效，但大多數小型二氧化鈦納米顆粒(41%去除率)仍然可以通過汙水處理廠進入下遊的主要水系統中去(Kiser 等，2009)。

投稿聯繫：0335-3030550  郵箱：huanbaowang#bjxmail.com（請將#換成@）

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。