本文介绍了一种实验方案，用于研究产品在摩擦和环境风化作用下颗粒物的气溶胶化过程。文中展示了以气溶胶形式释放的工程纳米材料的排放结果，并详细描述了特定的实验装置。
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本文内容
摘要
摘要
本文介绍了一种实验方案，用于研究产品在磨损及环境老化条件下颗粒物的气溶胶化行为，这是实现纳米结构产品“按设计保障纳米安全”以促进其可持续发展的关键环节。该方法本质上是一种预防性策略，重点在于尽量减少产品生命周期使用阶段中工程纳米材料气溶胶的释放。这一目标可通过在产品设计阶段调整其材料特性来实现，同时不损害其任何附加功能。本文提出了一套实验方案，用于评估三种商用纳米结构产品在机械应力和环境老化作用下的“按设计保障纳米安全”性能。机械应力的施加采用磨损处理方式，环境老化则通过在湿度和高温条件下进行加速紫外照射来模拟。对工程纳米材料的最终释放情况进行分析，包括其数量浓度、粒径分布、形貌特征和化学组成。该实验方案旨在模拟真实使用场景下的测试样品与实验条件，以研究其排放特性。研究发现，仅施加机械应力即可导致工程纳米材料气溶胶的释放，且此时纳米材料始终嵌入在产品基质中，代表了典型的产品组分单元。在此情况下，释放的气溶胶包含纳米颗粒和微米颗粒。然而，若将机械应力与环境老化联合作用，实验结果表明，在经历一定时长的老化后，产品可能发生劣化，进而导致游离态工程纳米材料气溶胶的释放。
引言
随着纳米技术的迅速成熟，其发展受到含有纳米材料的产品快速商业化进程的推动 工程纳米材料 （ENM）具有显著的特性。正如 Potocnick 所述1 根据欧盟委员会发布的第1169/2011号法规第18(5)条，ENM可被定义为“任何有意制造的材料，其以未结合态、聚集体或团聚体形式含有颗粒，且在颗粒数量尺寸分布中，至少50%的颗粒有一个或多个外部尺寸处于1 nm至100 nm的尺寸范围内”。此外，含有ENM的产品，无论其存在于固态本体中、固体表面或液体悬浮液中，均可称为 纳米结构产品. 根据应用性质和预算，这些产品中会使用不同种类、不同配方和不同功能化的纳米材料。产品可表现为涂层、油漆、瓷砖、建筑砖块、混凝土等形式e 等等.
据研究显示，人们还可以找到大量关于通过纳米技术实现创新的出版物。尽管已有大量研究，但由于工程纳米材料（ENM）在使用或加工纳米结构产品过程中容易以气溶胶形式释放或排放到空气中，其引人关注的特性正受到 scrutiny，以评估其对健康或环境的潜在危害（例如 Oberdorster 等2、Le Bihan 等3 和 Houdy 等4）。Kulkarni 等5 将气溶胶定义为固体或液体颗粒在气体介质中的悬浮体系。Hsu 和 Che....
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方案
注意：本方案中介绍的技术不仅限于所展示的测试样本，也可用于其他样本。
1. 人工老化 [CEREGE 平台，普罗旺斯艾克斯]
- 取250 ml去离子纯化水样品置于烧杯中，用于喷洒。将水电导率仪的探头浸入水中，记录水的电导率。重复该过程，每次均记录水电导率。
注意：根据ISO 1647432标准，电导率不得超过5 µS/cm。 - 测量完电导率后，将水源连接至不锈钢通风罩下方的氙灯老化箱储水罐（如图3所示）。
- 通过软管将老化箱背面的溢流口连接至排水口。
- 将待进行老化试验的纳米涂层样品放入不锈钢通风罩内，并关闭门。为便于对结果进行统计学评估，至少使用三个相同的纳米涂层样品和参比样品。
- 在老化箱正面的数字控制面板上，选择一个2小时的循环程序，包括120分钟紫外光照、102分钟干燥和18分钟水喷淋。
- 输入循环次数2658次，相当于7个月。
- 选择氙弧灯的辐照度为60 ± 5 W/m2。
- 设定环境温度为38 °C。
- 按下控制面板上的“LAUNCH”按钮，启动老化试验。
2. 磨损与纳米材料气溶胶表征 [INERIS S-NANO 平台，Verneuil]
注意：使用前....
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结果
测试样品
文章中介绍的方案已应用于三种不同的商用纳米结构产品。本文重点阐述实验方法的详细内容：
(a) 用TiO增强的铝硅酸盐砖2 纳米颗粒，（11 厘米 × 5 厘米 × 2 厘米）。常用于建筑外墙、房屋墙体、墙砖、路面的构建 等等。 其材料特性及扫描电子显微镜图像如下所示 表1 和 图4 分别。
图4. 纳米结构铝硅酸盐砖的扫描电镜图像（Shandilya 等33）。 图像中可见具有微米级凹坑或表面粗糙结构的.......
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讨论
本文介绍了一项关于商用纳米结构产品“按设计实现纳米安全性”的实验研究。当产品受到机械应力和环境老化作用时，可通过其颗粒物释放情况（PNC）和粒径分布（PSD）来评估其按设计实现的纳米安全性。本研究选取的产品包括：掺有TiO2纳米颗粒的铝硅酸盐砖、含有CeO2纳米颗粒的釉料，以及具有光催化功能的TiO2纳米涂层。这些产品在商业市场上易于获取，且与人们的日常生活密切相关，因此对其纳米安全性按设计进行评估至关重要。
人工老化
使用不同操作条件时，降解观测结果可能会存在差异。此外，荧光紫外灯/氙弧灯的光谱功率分布与使用其他光源的光照和水暴露装置所产生的光谱功率分布显著不同。在紫外灯暴露下产生的降解类型、降解速率以及性能排序，可能与使用其他类型实验室光源暴露下的结果大不相同。老化试验结果还取决于老化试验箱操作过程中的控制精度。因此，供电电压的稳定性、设备运行所在房间的温度、温度控制精度，以及灯管的状态和使用年限等因素，均对老化试验箱的性能表现起着重要作用。在测试过程中，由于紫外灯的.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作在 SERENADE 实验室卓越计划（Labex SERENADE，项目编号 ANR-11-LABX-0064）和 A*MIDEX 项目（ANR-11-IDEX-0001-02）的框架下完成，由法国政府“未来投资”计划（Investissements d'Avenir）资助，并由法国国家科研署（ANR）管理。感谢法国环境部（DRC 33 和项目 190）以及法国食品、环境与职业健康安全局（ANSES）（Nanodata 项目 2012/2/154，ANSES 2012 年专项研究项目）对本研究的经费支持。我们同样感谢 Olivier Aguerre-Chariol、Patrice Delalain、Morgane Dalle、Laurent Meunier、Pauline Molina 和 Farid Ait-Ben-Ahmad 在实验过程中提供的合作与建议。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 光催化砌体 | Nanofrance Technologies | 测试样品 | |
| 砌体砖（货号 901796） | Castorama | 测试样品支撑物 | |
| 光学显微镜（型号 Imager.M1m） | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | 用于显微分析 | |
| 能量色散光谱仪（型号 X-max） | Oxford Instruments | 用于元素组成分析 | |
| 透射电子 显微镜（型号 CM12） | Philips | 用于显微分析 | |
| 老化试验箱（型号 Suntest XLS+） | Atlas | 用于加速人工老化 | |
| 氙弧灯（型号 NXE 1700） | Ametek SAS | 紫外线光源 | |
| 电感耦合等离子体质谱仪（型号 7500cx） | Agilent Technologies | 用于浸出液 水样分析 | |
| Taber 线性磨耗仪（型号 5750） | Taber Inc. | 用于磨耗测试 | |
| Taber H38 磨耗片 | Taber Inc. | 用于磨耗测试 | |
| 凝结粒子计数器 3775 | TSI | 用于气溶胶粒子数浓度计数 | |
| 空气动力学粒子粒径谱仪 3321 | TSI | 用于测量气溶胶粒子的粒径 | |
| 差分迁移率分析仪 3081 | TSI | 用于测量气溶胶粒子的粒径 | |
| 微型粒子采样器 | Ecomesure | 用于气溶胶粒子采样 | |
| Gilian LFS-113 低流量个人空气采样泵 | Sensidyne | 用于气溶胶粒子采样 |
参考文献
- Potocnick, J. European Commission Recommendation on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). , (2011).
- Oberdorster, G., Oberdorster, E., Oberdorster, J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ He....
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重印与许可
