铁(氢)氧化物纳米颗粒因其具有特殊的反应活性,易于吸附环境中的有机物和重金属离子,常被作为吸附剂和催化剂等广泛地应用于环境污染修复领域。但铁(氢)氧化物纳米颗粒在环境中易水解形成沉淀,团聚作用作为一种常见的沉淀形式,已成为研究纳米颗粒对各类污染物稳定性影响的最佳方法。磁铁矿纳米颗粒(MNPs)和水铁矿纳米颗粒(FNPs)普遍存在于水环境中,其具有比表面积大、氧化还原反应性好、吸附能力强、无毒且易合成等优点。由于MNPs极易发生团聚作用,常在其表面包覆有机物增强了稳定性,而FNPs常掺杂有多种金属离子。因此,查明包覆有机物的MNPs和掺杂重金属的FNPs在自然环境中团聚行为及其机理对于进一步理解环境污染物的行为过程具有重要的意义。本研究采用共沉淀的方法,合成了包覆3种不同种类有机酸(柠檬酸、聚丙烯酸和乙酸)的磁铁矿纳米颗粒、水铁矿纳米颗粒和掺杂4种重金属(Pb、Mn、Al和Cr)的水铁矿纳米颗粒。借助动态光散射(DLS)测定了合成的纳米颗粒粒径的动态变化,较为系统地比较了各纳米颗粒在不同pH(5.0~9.0)、离子强度(0.03~1400 mmol·L^-1)、电解质类型(NaCl、CaCl₂、Na₂SO₄和NaH₂PO₄/Na₂HPO₄)、有机质种类(胡敏酸、富里酸和CH₃COONa)及含量等因素下的团聚行为及其差异。另外,通过纳米颗粒的zeta电位的测定、吸附试验和临界聚沉浓度(CCC)的计算,并结合Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论揭示了其团聚机理。旨在探究不同种类的铁(氢)氧化物纳米颗粒在水环境中的稳定性,为很更好地预测无机和有机污染物在环境中的迁移和归宿提供理论依据。得到的主要研究结果如下:1.明确了在自然和工程水环境的pH范围内(5.0~9.0)包覆柠檬酸(CA)、聚丙烯酸(PAA)和乙酸(AA)后对磁铁矿纳米颗粒(MNPs)稳定性的影响。在pH为5.0~9.0的范围内,包覆CA、PAA和AA后MNPs的zeta电位均为负值,且表面的负电荷量均较纯MNPs增多,从而增加了MNPs在自然水体环境中的稳定性。3种有机酸对MNPs的zeta电位的影响由强到弱依次为:PAA>CA>AA,这与各种有机酸中含有的羧基(-COOH)官能团的数量成正比。相同pH条件下,包覆3种有机酸均导致MNPs表面的等电点(pH_IEP)降低,pH_IEP和zeta电位均呈现由低到高依次为PAA-MNPs+)溶液中的稳定性大于二价阳离子(Ca²⁺)溶液,这是由于Ca²⁺与MNPs表面的-COOH间存在着吸附或键桥作用,导致其显著地中和了MNPs表面的电荷,从而促进其团聚。另外,MNPs在Ca²⁺和Na⁺溶液中CCC的比值(Ca²⁺/Na⁺)大约在2^-6左右,且符合Schulze-Hardy规则。在pH=7.0±0.2时,较低离子强度下,不同价态阴离子对有机酸包覆的MNPs稳定性的影响不尽相同,其由强到弱依次为:PO₄^3->SO₄^2->Cl^-,这与其CCC值的大小趋势一致。可见阴离子价态越高及吸附能力越强,MNPs的稳定性越强。另外,包覆3种有机酸的MNPs的团聚行为和计算的CCC值均与DLVO理论相吻合。3.证实了天然有机质胡敏酸(HA)的存在对含有电解质溶液的CA-MNPs、PAA-MNPs和AA-MNPs团聚行为的抑制作用。在pH=7.0±0.2时,加入浓度为2 mg C·L^-1的HA,可以显著抑制包覆3种有机酸的MNPs在不同电解质溶液中的团聚行为。这是由于HA吸附在MNPs的表面,增加了其粒径和表面负电荷量,导致MNPs之间的静电排斥力和空间排斥力增强,从而提高了其在不同电解质溶液中的稳定性。4.采用动态光散射(DLS)探明了水铁矿纳米颗粒(FNPs)在不同种类和含量有机质存在时的团聚行为及机理。胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和醋酸钠(CH₃COONa)有机物存在时,由于有机物的-COOH官能团吸附到FNPs的表面且发生了去质子化作用,使得纳米颗粒表面带有更多的负电荷,导致水铁矿纳米颗粒(FNPs)的pH_IEP均从中性下降为酸性。另外,C/Fe比率越大,被吸附的有机物越多,导致FNPs的pH_IEP越低。相同C/Fe比率时,FA/HA对FNPs的pH_IEP改变大于CH₃COONa。在pH中性条件下,当加入的HA/FA的浓度大于0.5 mg C·L^-1时能显著抑制FNPs的团聚,但CH₃COONa却未发现这种现象,这主要是与FNPs之间的空间或静电相互作用因有机物pK_a和分子量的不同而异有关。5.利用FT-IR查明了Na₂SO₄的存在时导致FNPs发生快速团聚的原因。在酸性和中性pH条件下,Na₂SO₄的存在时,FNPs的zeta电位在pH 2~10的范围内和不同离子强度下(0.01~100 mmol·L^-1)均呈现中性,这与FNPs发生相变生成了施氏矿物(Schwertmannite),且SO₄^2-离子被吸附在施氏矿物表面有关。另外,该相变过程导致FNPs在硫酸盐存在时均迅速发生团聚。在酸性和中性pH条件下,掺杂重金属Pb、Mn、Al和Cr后FNPs在Na₂SO₄存在时的团聚行为与纯FNPs的结果相一致。6.明确了掺杂重金属Pb、Mn、Al和Cr的水铁矿纳米颗粒(Mt-FNPs)在酸性和中性pH条件下,不同种类电解质溶液存在时的团聚行为及差异。在NaCl和CaCl₂存在时,4种Mt-FNPs在酸性pH条件下(pH=5.0±0.1),反应5 min内粒径都稳定在20 nm左右;而其在中性pH条件下均迅速发生团聚,且5 min内粒径维持在200~600nm的范围。这主要与4种Mt-FNPs的pH_IEP范围为7.6~8.8,而中性条件比较接近其pH_IEP有关。当CH₃COONa存在时,4种Mt-FNPs不论是在酸性还是中性pH条件下均迅速地发生团聚,且在中性pH条件下其团聚速率较大。但在相同pH和电解质溶液中,Pb-FNPs、Mn-FNPs、Al-FNPs、Cr-FNPs和FNPs之间的团聚行为相似。综上所述,水环境中铁(氢)氧化物纳米颗粒的团聚行为受到溶液pH、离子强度、电解质溶液、有机质种类及含量等因素的影响,也与共存的有机酸和金属离子的种类密切相关。去质子化作用、吸附作用、键桥作用、表面相变等过程可以改变铁(氢)氧化物纳米颗粒之间的静电排斥力和空间排斥力的强弱,从而影响其稳定性。