納米氧化鋅在土壤與水體中遷移與團(tuán)聚行為研究.pdf

1、隨著納米材料的生產(chǎn)及其衍生產(chǎn)品的工業(yè)化應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，這種新型人造納米材料（ENMs）的環(huán)境意義也引起了廣泛的重視。納米氧化鋅(nZnO)作為應(yīng)用為廣泛的納米材料之一，其對(duì)自然環(huán)境的影響在于其本身具有一定的毒性。因此，全面了解nZnO在自然環(huán)境中的遷移規(guī)律和存在形態(tài)對(duì)于正確評(píng)估及控制其對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)是至關(guān)重要的。
　　本文的第二部分通過實(shí)驗(yàn)室土柱實(shí)驗(yàn)，比較了幾種重要的環(huán)境因素對(duì)nZnO在石英砂與土壤中遷移和截留行為的區(qū)別，環(huán)境影響因

2、素為起始濃度和離子強(qiáng)度。在石英砂中，nZnO具有非常好的遷移能力，尤其是在CO較低的情況下，nZnO的CO越高，其流出濃度越低。相反地，在土壤中，CO較低時(shí)，nZnO在土壤中幾乎被截留，且nZnO的流出濃度隨著CO升高而增加。在兩種介質(zhì)中，截留曲線為超指數(shù)曲線，表明nZnO在土柱入口附近容易沉積。DLVO能量計(jì)算顯示，不同體系間存在的能量勢(shì)壘（Φmax）差別造成了nZnO在介質(zhì)中截留程度的不同。nZnO-nZnO間的Φmax低于nZnO

3、-石英砂間的能壘，因此，在石英砂中先前已沉積的nZnO成為了隨后nZnO顆粒的吸附位置。而在土壤中先前沉積的nZnO增強(qiáng)了隨后nZnO和土壤表面間的能壘，不利于nZnO沉積。通過兩點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)nZnO的穿透曲線進(jìn)行擬合，得到了很好地?cái)M合效果，較好地解釋了nZnO的遷移行為。在石英砂中，脫附作用較強(qiáng)于吸附作用（k1d＞k1a），張力作用系數(shù)（k2str）隨著CO升高而升高;然而土壤表面對(duì)nZnO具有較強(qiáng)吸附作用，且吸附系數(shù)大于脫附系數(shù)（

4、k1a＞k1d），張力作用系數(shù)（k2str）隨著CO升高而降低。這些差別是造成nZnO在石英砂和土壤中不同遷移行為的主要原因。
　　本論文的第三部分研究了在大運(yùn)河水中不同尺寸的天然膠體存在或不存在情況下，nZnO和納米二氧化鈦(nTiO2)的共同沉淀和團(tuán)聚行為。通過Stokes公式和簡(jiǎn)化Smoluchowski-基礎(chǔ)團(tuán)聚-沉淀方程計(jì)算得到了nZnO和nTiO2在運(yùn)河水中沉淀速率(Vs)、同質(zhì)團(tuán)聚系數(shù)（khom，crit）和異質(zhì)團(tuán)聚

5、速率系數(shù)(khet,crit)。
　　在含小于1 mm和25μm天然膠體運(yùn)河水中nZnO和nTiO2的沉降規(guī)律類似，天然膠體的存在顯著影響nZnO和nTiO2在運(yùn)河水中的團(tuán)聚和沉降行為。nZnO濃度增加對(duì)其沉降過程影響不明顯，nTiO2的加入顯著減慢nZnO的沉降。DLVO能量計(jì)算顯示，nZnO-天然膠體和nTiO2-天然膠體間能量勢(shì)壘(Φmax)和第二極小值(Φmin2)顯著低于nZnO-nZnO和nTiO2-nTiO2的，說明

6、nZnO和nTiO2更易傾向于與天然膠體發(fā)生異質(zhì)性團(tuán)聚。nZnO和nTiO2的沉降在不含天然膠體的運(yùn)河水和去離子水中表現(xiàn)出相反的現(xiàn)象。在去離子水中，nZnO快速沉降，nTiO2的沉降緩慢。而在不含天然膠體運(yùn)河水中，nZnO的沉降較緩慢，nTiO2的加入對(duì)nZnO的沉降的影響不明顯;nTiO2的沉降較快，nZnO的存在能夠降低nTiO2的沉降作用。由于nTiO2-nTiO2間Φmax和Φmin2的相對(duì)較低，nTiO2易于發(fā)生自團(tuán)聚(同質(zhì)團(tuán)

7、聚)作用而沉降。模型參數(shù)計(jì)算表現(xiàn)，在含天然膠體運(yùn)河水中，nZnO和nTiO2的Vs和khet,crit最高，意味著nZnO和nTiO2容易與天然膠體形成異質(zhì)性團(tuán)聚。當(dāng)在運(yùn)河水中nZnO和nTiO2同時(shí)存在時(shí)，二者的穩(wěn)定性明顯提高，相應(yīng)的Vs和khet，crit降低。在不含天然膠體運(yùn)河水中，nZnO和nTiO2的沉淀行為與含天然膠體體系中不一樣。在不含天然膠體運(yùn)河水體系中，nZnO和nTiO2的Vs、khom，crit和khet.crit

8、顯著低于含天然膠體運(yùn)河水中的系數(shù)。nTiO2的加入降低了nZnO的khom,crit而增加了其khet，crit值。這個(gè)現(xiàn)象與天然河水中的溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)(DOC)的不同作用有關(guān)。
　　總體來說，本項(xiàng)研究闡明了nZnO在石英砂和土壤中的遷移和截留行為的顯著不同，在研究納米材料在多孔介質(zhì)中的遷移與截留時(shí)，石英砂并不能代替土壤介質(zhì)。此外，不穩(wěn)定納米材料（即nZnO）在水環(huán)境中的環(huán)境行為受穩(wěn)定的納米材料（即nTiO2）的影響。模型預(yù)測(cè)結(jié)果表