生物炭由于突出的理化特性而被广泛地应用于土壤改良和环境修复领域。生物炭纳米颗粒进入土壤环境后,将不可避免地与土壤固相颗粒产生相互作用。然而,来源多样和性质各异的生物炭纳米颗粒对土壤胶体电化学性质及其对胶体稳定性的影响尚不清楚,因此有必要从土壤电化学角度进行深入研究。本文以陕西省常见农林废弃物—果木枝条制备的生物炭作为研究对象,同时以玉米秸秆和花生秸秆生物炭作为对照。首先分析了不同制备方法所得生物炭纳米颗粒的性质差异,进而了研究了物料来源、热解温度和环境条件对生物炭纳米颗粒悬液稳定性的影响。在此基础上,对果木枝条生物炭纳米颗粒和代表性土壤胶体(伊利石和赤铁矿)以及三种地带性土壤所提取纳米颗粒的异质凝聚过程进行了研究,讨论了二元体系质量比和溶液条件对带电颗粒相互作用的影响机理。主要研究结果如下:(1)采用离心法、球磨法、球磨+离心法三种方法制得了果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆生物炭纳米颗粒,并对其产率、粒径分布、比表面积、元素组成、表面官能团类型、zeta电位以及悬液胶体稳定性进行对比。研究发现,球磨+离心法可制备得到能在水中稳定分散的纳米级生物炭颗粒;球磨法制得的生物炭纳米颗粒直径略高于100 nm,但比表面积最大。玉米和花生秸秆生物炭纳米颗粒的产率高于果木枝条生物炭。果木枝条生物炭纳米颗粒的矿物种类丰富,碱性物质含量高。与较高热解温度条件相比,低温热解生成的生物炭纳米颗粒zeta电位绝对值更大,在水溶液中的稳定性更强。(2)以球磨+离心法制备的五种生物炭纳米颗粒为研究对象,讨论了物料来源、热解温度和溶液化学性质对生物炭纳米颗粒悬液稳定性的影响,得到了生物炭纳米颗粒凝聚的临界聚沉浓度值、Hamaker常数及其颗粒相互作用能曲线。结果表明,物料来源是影响生物炭纳米颗粒性质最主要的因素,其次是热解温度。对于相同物料来源的生物炭纳米颗粒,其悬液稳定性随着热解温度的升高而减小,这与zeta电位绝对值的变化规律保持一致。同种物料来源的生物炭纳米颗粒表面官能团类型相同而数量不同,其在不同环境溶液条件下的稳定性可以通过zeta电位绝对值的高低来预测。对于热解温度相同而物料来源不同的生物炭纳米颗粒,在pH=7条件下的NaCl溶液中,其悬液稳定性(CCC数值大小)遵循以下顺序:花生秸秆生物炭纳米颗粒(574.49 mM)>玉米秸秆生物炭纳米颗粒(326.24 mM)>果木枝条生物炭纳米颗粒(83.04 mM)。由于不同物料来源生物炭纳米颗粒的表面官能团类型和数量均不同,因此其悬液稳定性和zeta电位值无明显相关性。(3)以350℃条件下制备得到的果木枝条生物炭纳米颗粒为研究对象,研究了不同溶液性质条件下,其对赤铁矿纳米颗粒和伊利石胶体悬液稳定性的影响。结果表明,土壤矿物胶体自身的表面电化学性质与果木枝条生物炭纳米颗粒的浓度共同影响二元体系的凝聚状态。对于带正电荷的赤铁矿纳米颗粒,其与果木枝条生物炭纳米颗粒的异质凝聚受电荷中和-电荷反转作用的调控。随着果木枝条生物炭纳米颗粒浓度的增加,赤铁矿纳米颗粒的电位绝对值先减小后增大,由正值变为负值,二元体系的稳定性则先减弱再增强。对于带负电荷的伊利石胶体,当pH=6.5时,伊利石胶体边缘带有正电荷,由于电荷中和,果木枝条生物炭纳米颗粒增强了伊利石胶体在NaCl溶液中稳定性。相反,当pH=8.5时,伊利石胶体的边面和基面均带负电荷,由于电荷平均效应,果木枝条生物炭纳米颗粒的存在减弱了伊利石胶体在NaCl溶液中的稳定性。(4)研究了三种地带性土壤纳米颗粒—淋溶褐土纳米颗粒、黑土纳米颗粒和红壤纳米颗粒与350℃条件下制备得到的果木枝条生物炭纳米颗粒组成二元体系的异质凝聚过程。结果表明,黑土纳米颗粒的悬液稳定性随着果木枝条生物炭纳米颗粒添加量的增大先增强后减弱。果木枝条生物炭纳米颗粒能够明显抑制红壤纳米颗粒的凝聚,后者的临界聚沉浓度值随着果木枝条生物炭纳米颗粒浓度的增加而增加。果木枝条生物炭纳米颗粒对淋溶褐土纳米颗粒的稳定性影响不显著。以上分析表明,生物炭纳米颗粒的同质凝聚过程首先受到物料来源的影响,再次是热解温度和溶液条件。生物炭纳米颗粒与土壤矿物胶体/土壤纳米颗粒的异质凝聚过程则受到体系质量分数和二者表面电化学性质的共同控制。本文研究结果为合理评估生物炭在不同类型土壤上广泛施用可能产生的环境效应提供了基础数据和理论参考。