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纳米材料因其具有优良的光、电、磁特性以及催化活性，在工业生产和日常生活的多个领域得到广泛应用。纳米材料会在其生产、加工、使用和处置过程中，不可避免地被释放到环境中，进而对环境安全及人体健康带来潜在威胁。纳米材料由于自身性质相对活泼，在环境中高度动态，一旦释放进入环境，将会在水、大气、土壤等环境介质中迁移和再分配；同时，纳米材料在迁移过程中受到环境相关因素和自身理化性质的影响而发生物理或化学形态的转化，进而再次影响其在环境中的迁移转化、环境效应及生物有效性。然而，大多数关于纳米材料的环境过程和行为研究主要集中在水环境等常规环境介质中，对于纳米材料在一些特殊环境界面中的环境行为尚不清楚。 本文对纳米材料在水环境界面中的迁移转化及其环境效应开展了相关研究工作。基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行纳米材料的总量测定、激光拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜/高分辨透射电子显微镜(TEM/HRTEM)和动态光散射激光粒度仪(DLS)等对纳米材料进行定性分析及形貌表征，将纳米材料在本体水环境介质的研究扩展到在水表面微层(surface microlayer，SML)和冰液界面的环境过程与效应研究，更全面地揭示了纳米材料在多环境介质和多环境因素影响下的迁移、转化和归趋等环境行为与效应，论文主要包括以下几部分内容: 首先，概括地介绍了纳米材料的应用、分类及环境释放，以及对环境中纳米材料的定量和定性分析及表征手段进行概述；重点分析了纳米材料进入环境中的途径、迁移、转化等环境行为，探讨了纳米材料所引发环境安全和毒性效应的相关因素。 第二部分，首次关注纳米材料在环境水表面微层的富集行为。水表面微层作为水相和气相的界面层，表现出与下层水体不同的物理化学性质。本文基于室内模拟和ICP-MS技术实现定量测定，首次证实了以纳米银(AgNPs)为典型代表的纳米颗粒(NPs)在SML显著富集的环境行为。通过SML相比于本体中不断增加的AgNPs浓度，确认AgNPs在SML的富集；同时，用表面增强拉曼技术原位监控AgNPs向SML迁移的过程。系统研究了环境相关因素(如溶液pH、离子强度和天然有机质(NOM)等）及包裹剂、粒径等AgNPs自身理化性质对其在SML富集的影响，并初步解释了其可能的富集机理。结果表明，AgNPs在多种天然水体SML的富集现象普遍存在，其富集倍数可达14.6-26.5倍。纳米材料在微层富集后，一方面可能增加了纳米材料对以水表面微层为栖息环境的浮游动植物、鱼卵等的生物暴露，从而引发对传统毒性暴露实验的再思考；另一方面，纳米材料在水表面微层可接受更多的光照辐射并与高浓度DOM共存，更易受到环境因素的影响而发生各种物理化学转化，从而影响纳米材料的生物有效性、生物摄取和毒性效应。 第三部分，在上述AgNPs富集的基础上，进一步研究了TiO2NPs在水表面微层的富集行为与环境效应。研究表明TiO2NPs同样可在水表面微层富集，其在实际水SML的富集倍数可达8.43±1.45，证实纳米颗粒在水表面微层富集现象的普遍性。此外，选取与TiO2NPs具有相似防晒功能的有机类紫外防晒剂BP-4（2-羟-4-甲氧基-5-磺酸-二苯甲酮）构建共存体系，拟通过TiO2NPs对BP-4的光催化降解揭示纳米材料由微层富集所导致的对共存污染物的复合环境效应。结果表明，本体浓度为0.8mg L-1TiO2NPs的模拟水体系并未引发BP-4的光催化降解，然而在微层富集后的浓度水平下，即当TiO2NPs浓度提高到5mg L-1时，相应的催化降解反应速率常数k值从0.11×10-2h-1增加至0.64×10-2h-1。因此，TiO2NPs经微层富集后将呈现出与本体不同的环境效应，呈现出对BP-4更明显的光催化降解行为。本研究对深入揭示纳米材料与其他共存污染物的环境行为和效应并评估其环境安全性具有重要意义。 第四部分，研究了环境冰冻及冻融循环对纳米银物理化学稳定性的影响。AgNPs不可避免地释放进入环境，尤其是在水环境中，AgNPs非常容易发生氧化反应而释放Ag+，同时Ag+可再还原成AgNPs。环境冰冻及冻融循环作为普遍存在的自然现象，可能会影响AgNPs和Ag+之间的动态转化。本研究基于紫外可见光谱(UV-vis)和HRTEM对冰冻处理后AgNPs的形貌变化进行表征，发现冰冻可导致AgNPs发生非常显著的还原再生、颗粒融合与交联等形貌变化。基于稳定Ag同位素示踪AgNPs的氧化还原反应，发现与一般存放温度相比，冰冻处理下AgNPs参与的氧化还原反应被显著加剧。冰冻过程中，NOM有助于保持颗粒的形貌稳定，而Ca2+、Cl-则进一步加剧AgNPs的形貌变化和氧化还原反应。其中，Ca2+容易引发颗粒的交联，Cl-更倾向于诱导AgNPs的还原再生。冰冻引发的形貌变化和氧化还原反应加速将非常显著地影响AgNPs的迁移、生物可利用性和毒性效应。因此，冰冻引发的效应应该在AgNPs的环境安全评估中予以重视。 论文最后一部分，在冰冻加剧AgNPs氧化还原反应及形貌变化的基础上，重点研究了光照对环境冰冻过程中AgNPs物理化学变化的影响。研究发现，基于UV-vis记录模拟光照下NOM和Ag+还原体系中出现AgNPs的特征峰，以及HRTEM、X-射线能量色散光谱(X-ray energy dispersive spectroscopy，EDS)、选区电子衍射(selected area electron diffraction，SAED)直观地证实在模拟冰冻及室外冰冻下的光照和避光处理下，NOM和Ag+以及实际水和Ag+的还原体系中均观察到AgNPs颗粒的生成，并通过晶格间距和衍射条纹类型得以确认。该发现证实即便在冰冻条件下，NOM及实际水样中的还原物质能够将Ag+还原生成AgNPs，且该过程在避光条件下同样存在，而光照非常显著地促进了在冰冻过程中Ag+的还原。利用稳定Ag同位素示踪AgNPs和107Ag+共存体系在不同处理中的氧化还原反应，发现模拟光照组不同处理间的氧化还原反应远大于黑暗组，其中光照冻融和光照4℃处理下AgNPs和107Ag+的还原占主导，冻融处理显著加剧还原反应；光照-20℃冰冻同时促进AgNPs的氧化释放和107Ag+的还原；以上光照和冰冻联合影响下AgNPs发生显著的形貌变化。最后，在室外冰冻环境下，光照进一步加剧了冰冻处理下两种实际水中AgNPs所参与的氧化还原反应，并引发AgNPs形貌的显著改变。