TiO2对生态系统的毒性效应
2022年12月14日
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本文探讨二氧化钛纳米颗粒（TiO₂-NPs）在个人护理品、食品及家用产品中的广泛应用所引发的环境暴露风险。其经人体排泄、表面冲洗或污水处理进入水体，最终富集于生物固体并施用于土壤。数据显示，原污水中Ti含量达100–3000 μg/L，处理后仍残留4–30 nm粒径的TiO₂-NPs（浓度0.5–15 μg/L）。这些纳米颗粒对水生生态系统构成威胁，尤其通过诱导藻类细胞内活性氧（ROS）过量生成、加剧脂质过氧化、破坏膜结构，显著抑制多种淡水绿藻（如四尾栅藻、小球藻等）生长。毒性呈现晶型依赖性：锐钛矿型毒性高于金红石型，二者共存时甚至产生拮抗增强效应，凸显其对浮游植物及渔业、娱乐相关沿海生态系统的潜在危害。
二氧化钛纳米颗粒在个人护理产品中的广泛使用，例如剃须膏（< 0.01 μg/mg）、牙膏和防晒霜（1%到 > 10%重量的钛）、食品和家用产品，导致其通过人体排泄物释放，或从表面洗掉，或被处理到进入废水处理厂的污水中，并在生物固体中进一步作为肥料应用于土壤。
根据废水处理厂的报告，原污水含有100到近3000 μg Ti/l。处理后的废水中发现含有4和30 nm颗粒大小的TiO2颗粒。废水处理后，废水中发现含有少于5 µg到15 µg的纳米TiO2/l。二氧化钛纳米颗粒进入环境影响支持渔业和娱乐活动的浮游植物和沿海生态系统。藻类主要用作水生系统中的生物标记，以研究污染物的生物毒性。二氧化钛纳米颗粒通过增加脂质过氧化导致膜结构变形，从而抑制藻类。
由于细胞内活性氧（ROS）增加，二氧化钛纳米颗粒在锐钛矿中表现出更高的细胞毒性。锐钛矿TiO2-NPs与藻类EPS的纳米生物界面相互作用显示出比金红石TiO2-NPs更高的藻类毒性。北美主要的淡水绿藻如四尾栅藻、莫氏衣藻和普通小球藻的生长率由于淡水微观生态系统中存在二氧化钛纳米颗粒而受到抑制。锐钛矿和金红石的组合对淡水藻类小球藻表现出更高的毒性和拮抗效应。
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