随着纳米科技的飞速发展，纳米材料正在被越来越广泛地应用在工业生产和经济生活的各个方面。因此，纳米材料也将不可避免地通过各种途径释放到环境中。纳米TiO₂作为应用最为广泛的纳米材料之一，可能直接或者间接地进入到水环境中，对环境和生态带来潜在的危害。纳米TiO₂的毒理特性以及暴露可能性都与其水环境行为密切相关，因此对纳米TiO₂在水环境中的迁移规律进行研究是非常必要的。聚集和沉积是决定纳米TiO₂在水中迁移能力的两个重要组成部分。本项研究旨在考察纳米TiO₂在水中的颗粒特性以及典型水化学条件对纳米TiO₂的聚集和沉积特性的影响，并采用理论方法对其在水环境中的迁移能力给出定量的描述，从而对纳米TiO₂在水中的迁移规律有更深入的了解，并为水处理工艺对纳米TiO₂的去除提供参考。首先，通过X射线衍射、原子力显微镜、纳米粒度分析等方法对纳米TiO₂的晶型特征及其在水中的形貌尺寸特性进行了表征。发现纳米TiO₂在水中是以聚集体的形式存在，尺寸在180⁶00nm，超声、添加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）等方法可以使其更好地分散，但并不能使解聚为初始的颗粒尺寸。通过零点电位分析发现纳米TiO₂的零点电位（pHpzc）为5.2，pH值越偏离5.2，纳米TiO₂在水中稳定性越强，越不容易聚集。通过传统的DLVO理论计算可知，在pH接近pHpzc时，表现为较强的引力势能，在pH=9时，Umax为19.39kBT，颗粒相互碰撞聚集需要克服较高的排斥能峰。而离子强度的增加可以通过压缩纳米TiO₂表面双电层，使其分散稳定性明显降低。IS从0.001M提高到0.01M时，Umax从33.59kBT下降到14.88kBT，当IS进一步提高到0.1M以上时，排斥能峰消失。DLVO理论可以很好地解释pH、离子强度等对纳米TiO₂聚集稳定性的影响。同时考察了天然水环境中广泛存在的腐殖酸对纳米TiO₂聚集特性的影响。在pH=5.5时，腐殖酸会大量吸附在纳米TiO₂表面，通过增加纳米TiO₂表面负电位以及空间位阻效应提高纳米TiO₂的稳定性，而在pH=9时，由于HA和纳米TiO₂表面均带有大量负电荷，腐殖酸在其表面的吸附量很小。通过沉降实验同样可以发现，pH接近等电点、离子强度的增加都会导致纳米TiO₂在水中更快地沉降。HA对纳米TiO₂在水中的沉降性能受到pH的很大影响。在pH=5.5时，HA的存在和浓度的增加使纳米TiO₂沉降速度显著降低，而在pH=9时，HA的存在并没有对其沉降速度带来明显改变。在HA存在时，需要考虑空间位阻作用，通过扩展的DLVO理论能够合理解释HA对纳米TiO₂稳定性的影响。然后通过沉积柱实验，研究了pH、流速、SDBS等对纳米TiO₂在饱和多孔介质中的迁移能力的影响。发现pH偏离pHpzc、流速的提高以及SDBS浓度的增加都会增强纳米TiO₂的迁移能力。同时发现HA对纳米TiO₂迁移能力有很大影响，在pH=5.5时，HA在纳米TiO₂表面的吸附可以显著提高其迁移能力，但是在pH=9时，HA的作用不是很明显。通过沉积理论对不同条件下纳米TiO₂在水中的迁移能力进行了定量的描述。最后，通过烧杯实验模拟了常规水处理工艺对纳米TiO₂的去除效果，实验发现，在投加PAC作为混凝剂时，混凝沉淀过程可以去除水中45%左右的纳米TiO₂，而在沉淀之后通过0.45μm滤膜可以将超过90%的纳米TiO₂去除掉，可以明显提高去除效果。总之，本项研究阐明了水环境化学条件对纳米TiO₂聚集稳定性的影响，定量描述了纳米TiO₂在水中迁移能力，深入了解纳米TiO₂的水环境行为，同时对通过水处理工艺去除纳米TiO₂提供了参考。