水中C60纳米颗粒的稳定性研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuyong006
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随着纳米科技的迅猛发展,富勒烯(C60)作为最为典型纳米材料,被越来越广泛的生产和应用。与此同时,C60难免会以“三废”的形式进入水环境,并可能以C60纳米颗粒的形式稳定存在于水体中,成为水体潜在的污染物,对水生生物及人体健康带来危害。而C60及其纳米颗粒在水中的存在状态和稳定性能,将显著地影响其生态环境效应。本研究通过系统研究C60纳米颗粒在水中的稳定机制及影响因素,以期为深入认识其在水中的迁移转化规律提供理论依据。论文主要主要研究内容与结果如下:(1)采用甲苯溶剂替换法(C60/son)和延时搅拌法(C60/aq)两种方法制备C60纳米颗粒悬浮液,采用紫外分光光度法测定浓度,并通过动态光散射和ζ电位等手段对其进行理化性质的表征。研究结果表明:两种方法制备的C60悬浮水溶液表观性状相近,浓度相差较大;C60纳米颗粒表面均呈现出较高的负电性。C60/son稳定性也高于C60/aq。不同的配制方法并未改变C60的性质,C60在不同的溶剂中的紫外-可见特征吸收峰有所不同。(2)探究水中的天然有机物(NOM)、pH、离子浓度等环境因素对C60纳米颗粒表面性状的影响。研究结果表明:随pH上升,C60纳米颗粒粒径先快速减小后趋于稳定,表面|ζ|增大;随电解质浓度的增加,凝聚反应后C60纳米颗粒呈现|ζ|减小、粒径增大的趋势;腐殖酸(Humic Acid, HA)可以提高C60纳米颗粒在水中的稳定性。(3)探究水中的离子浓度、NOM种类、性质等环境因素对C60纳米颗粒的凝聚的影响。研究结果表明:C60纳米颗粒的凝聚过程可分为反应控制和扩散控制两个阶段,高价态的阳离子更易引起凝聚,符合经典的胶体稳定(DLVO)理论;使C60纳米颗粒全部凝聚所需电解质的临界凝聚浓度远高于天然水体中的含量水平;HA被C60纳米颗粒吸附后可引起空间位阻效应,使凝聚作用减弱;HA浓度越高,C60纳米颗粒的稳定性越好;但HA也可Ca2+发生络合反应,引起强化凝聚作用。电解质和HA的投加顺序对C60纳米颗粒的凝聚过程存在显著影响。HA存在下Na+可抑制CaCl2对C60纳米颗粒的强化凝聚作用。HA、单宁酸(Tannic Acid, TA)和海藻酸钠有机大分子存在下CaCl2会促进C60纳米颗粒的强化凝聚作用;富里酸(FulvicAcid, FA)增强了C60在水中的稳定性。分子量越大的有机物,其对C60纳米颗粒的分散性越好。
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