Enhanced Cd2+ adsorption and toxicity for microbial biofilms in the presence of TiO2 nanoparticles

吸附 生物膜 胞外聚合物 化学 二氧化钛 动力学 纳米颗粒 化学工程 毒性 核化学 环境化学 生物物理学 细菌 有机化学 生物 遗传学 物理 量子力学 工程类
作者
Wenwen Wang,Shijun Zhu,Nihong Li,Shanshan Xie,Wen Chen,Xia Luo
出处
期刊:Environmental Pollution [Elsevier BV]
卷期号:314: 120239-120239 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.envpol.2022.120239
摘要

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) easily combine with other pollutants such as heavy metals because of their excellent physiochemical properties. However, how such an interaction may affect the binding behavior of metals onto biofilms remains largely unclear. This study, examined the effects of TiO2 NPs on Cd2+ accumulation and toxicity for natural periphytic biofilms were examined. The adsorption kinetics showed that adding 0.1 and 1 mg/L TiO2–NPs increased the Cd2+ adsorption of biofilms at equilibrium by 23.5% and 35.8%, respectively. However, adding 10 mg/L TiO2 NPs increased the Cd2+ adsorption of biofilms at equilibrium by only 1.9%. The adsorption isotherms indicate that the presence of TiO2 NPs considerably increased the Cd2+ adsorption capacity of the biofilms; however, this effect became less prominent at high TiO2 NP concentrations. The optimum pH for Cd2+ adsorption increased with increasing Cd2+ and TiO2 NP contents. At low concentrations, the coexistence of Cd2+ and TiO2 NPs may facilitate their respective accumulation by stimulating the secretion of extracellular polymeric substances and enhancing the microbial activity of the biofilm. The presence of TiO2 NPs increases the surface binding energy between Cd2+ and functional groups such as carboxyl groups, enhancing the Cd2+ accumulation on the biofilm.

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