本文選題：土壤天然納米顆粒 + 穩(wěn)定性　； 參考：《浙江大學》2017年博士論文

【摘要】：納米技術(Nanotechnology)是目前發(fā)展最為迅速的科學技術之一,它正在被廣泛地應用于其他學科的各個領域之中。通常納米顆粒被定義為至少在一個維度上尺寸小于100nm的材料。由于尺度效應,尺寸小于100nm的納米顆粒往往具有著獨特的性質(zhì)。工程納米顆粒在不同環(huán)境條件下(如在土壤環(huán)境或水生環(huán)境條件下)的環(huán)境行為和影響已經(jīng)被廣泛地進行討論。而從研究時間的角度來看,針對200～2000 nm天然膠體的研究要遠遠早于工程納米顆粒的研究。雖然針對工程納米顆粒和天然膠體的各方面性質(zhì)已經(jīng)開展了很多研究,針對100 nm尺度以下的天然膠體,即天然納米顆粒的研究還不夠深入。我們對中國地帶性土壤中的天然納米顆粒進行了提取,并對所提取的土壤納米顆粒的性質(zhì)、穩(wěn)定性和環(huán)境行為進行了研究。研究的主要結論有:(1)利用超聲波分散和離心分離技術的純物理手段,可以從遼寧(LN)、吉林(JL)、江西(JX)和海南(HN)四種土壤樣品中非破壞性地提取出土壤納米顆粒。動態(tài)光散射測得四種納米顆粒的粒徑分別為90.0 nm(LN)、90.9 nm(JL)、82.8 nm(JX)和95.8 nm(HN),納米顆粒粒徑可以在長時間內(nèi)(100天)保持穩(wěn)定。納米顆粒提取量隨著超聲能量的增長而增長,兩者呈對數(shù)函數(shù)關系。在60 000 J的超聲條件下,四種土壤樣品的納米顆粒提取率分別為0.51%(LN)、2.49%(JL)0.44%(JX)和 0.42%(HN)。使用 TEM、BET、FTIR 等方法對土壤天然納米顆粒的性質(zhì)進行了表征。(2)土壤天然納米顆粒在特定電解質(zhì)溶液中的聚沉情況比較可以直觀地反映其穩(wěn)定性的強弱。土壤納米顆粒的臨界聚沉濃度反映了納米顆粒的聚沉情況。JL納米顆粒的臨界聚沉濃度分別為NaCl 76.5 mM、CaCl2 1.15 mM和LaCl3 0.050 mM;LN納米顆粒的臨界聚沉濃度分別為NaCl 140 mM、CaCl2 1.79 mM和LaCl30.055 mM;JX納米顆粒的臨界聚沉濃度分別為NaCl 29.5 mM、CaCl2 0.744 mM和LaCl3 0.024 mM;HN納米顆粒的臨界聚沉濃度分別為NaCl 103 mM、CaCl2 1.89 mM和LaCl3 0.082 mM。土壤納米顆粒的聚沉隨電解質(zhì)離子強度的增強而變得更加強烈;當電解質(zhì)溶液的濃度增加到一定程度時,土壤納米顆粒的聚沉達到最強。在相同的離子強度下,土壤納米顆粒的表面電荷受價位較高的陽離子影響較大。根據(jù)DLVO理論的分析,粒子之間的靜電斥力和范德華引力共同決定著粒子的聚沉動力學過程。DLVO理論可以解釋土壤納米顆粒的聚沉情況和穩(wěn)定性排序。四種土壤納米顆粒在真空中的哈梅克常數(shù)分別為6.99×10-20J(JL),5.16×10-20J(LN),4.47×10-20 J(HN)和 10.40×10-20J(JX)。(3)去除有機質(zhì)組分和添加赤鐵礦顆粒處理均會對納米顆粒穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響。去除有機質(zhì)組分后JL納米顆粒的臨界聚沉濃度分別由NaC176.5 mM、CaCl2 1.15 mM 和 MgCl2 0.9 mM 降低到 NaCl 51.7 mM、CaCl2 0.70 mM 和 MgCl20.72 mM。HN納米顆粒的臨界聚沉濃度分別由NaCl 103 mM、CaCl2 1.89 mM和MgCl21.16mM 降低到 NaCl40.6mM、CaCl20.31mM和 MgCl20.33 mM。JL 納米顆粒的臨界聚沉濃度在添加赤鐵礦后降低到了 NaCl 55.0 mM。通過DLVO理論的模擬,去除有機質(zhì)組分和添加赤鐵礦處理都能夠降低土壤納米顆粒的表面電荷強度,增強了納米顆粒之間的范德華引力,這兩個因素的共同作用直接降低了土壤納米顆粒的穩(wěn)定性。(4)天然納米顆粒在飽和多孔介質(zhì)中極易發(fā)生粒徑的增大和沉積。在通過飽和多孔介質(zhì)后,JL納米顆粒和HN納米顆粒的粒徑分布增大為110.2 nm和118.5 nm,兩者的回收率分別為79%和89%。納米顆粒的回收率和突破曲線與其自身的穩(wěn)定性相關。電解質(zhì)條件下的納米顆粒更容易發(fā)生沉積,其回收率分別為42%和49%。納米顆粒經(jīng)過去有機質(zhì)處理之后,其回收率降低為76%和60%,在過柱突破的過程中產(chǎn)生了明顯的拖尾和滯后現(xiàn)象。天然納米顆粒在飽和多孔介質(zhì)中突破與遷移的結果與之前穩(wěn)定性表征的結果能夠對應起來。納米顆粒穩(wěn)定性的改變是影響天然納米顆粒遷移的結果的原因。(5)實驗對慈溪地區(qū)圍墾水稻土和土壤納米顆粒的理化性質(zhì)進行了測定分析和表征。慈溪地區(qū)圍墾水稻土和土壤納米顆粒的理化性質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的趨勢性變化和規(guī)律性。由于土壤的脫鹽作用,土壤納米顆粒的含量在耕作過程中明顯增加,與耕作年限呈正相關,并在深層土壤產(chǎn)生積累。在長期圍墾耕作過程中,土壤理化性質(zhì)的變化與所對應的土壤納米顆粒性質(zhì)發(fā)生的變化相似。同時基于土壤納米顆粒性質(zhì)變化和土壤自身性質(zhì)變化,可以將成土過程進行劃分。基于土壤納米顆粒性質(zhì)變化對比土壤自身性質(zhì)的成土過程劃分基本一致,但在表層土壤中有一定的滯后,整個成土過程主要可以劃分為50年內(nèi)、50～700年、700～1000年三個階段。土壤納米顆粒作為土壤的納米尺度組分,表現(xiàn)出了解釋、表征土壤變化的過程的潛力。
[Abstract]:Nanotechnology (Nanotechnology) is one of the most rapidly developing fields of science and technology at present, it is widely used in other disciplines. Usually nano particles are defined as material at least size in one dimension is less than 100nm. Because of scale effect, nano particle size less than 100nm often have unique properties engineering. Nanoparticles under different environmental conditions (such as in soil or aquatic environment) environmental behavior and effects have been widely discussed. But from the time point of view, to study the 200~2000 nm natural colloid earlier than engineered nanoparticles research. Although in the light of the engineering properties of nano natural colloidal particles and has carried out a lot of research, based on the 100 nm scale natural colloids on natural nanoparticles is not deep enough. We have to 涓浗鍦板甫鎬у湡澹や腑鐨勫ぉ鐒剁撼綾抽綺掕繘琛屼簡鎻愬彇,騫跺鎵，

本文編號：1737293