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近年来，人工纳米材料(Engineered nanomaterials, ENMs)由于其粒径小、比表面积大、展现出与相同化学成分的宏观物质不同的样貌特征和尺寸效应等特点，被广泛应用于工业和日用品中。其中，碳纳米材料(Carbon nanomaterials, CNMs)是工业生产和日用品中应用较为广泛的ENMs。ENMs的大量生产和广泛应用使其不可避免地释放到环境之中，成为潜在污染物。因此，ENMs的种类、来源、分布以及水环境中的迁移转化和生物毒性，成为近些年来环境安全领域的重要研究方向。
ENMs的环境行为除了受其本身性质影响外，还受天然有机质(natural organic matter, NOM)、pH、离子强度、光照等多种环境因素的复杂影响。其中，不同价态金属阳离子可能通过压缩双电子层、与含氧官能团结合等多种途径对NOM和ENMs的胶体稳定性和表面化学性质产生影响，进而影响ENMs的环境行为和归趋。此外，NOM是水环境中重要的组成部分，由于NOM在自然水体中的浓度比ENMs高若干个数量级，并且具有复杂的化学组成和丰富的官能团，所以极易与水中的ENMs发生反应，从而改变ENMs的性质和环境归趋。但是，自然水环境中NOM分子量(Molecular weight, MW)跨度极大，其光学性质、官能团构成、表面电荷和化学组成等随MW变化而不同。因此，研究NOM异质性对ENMs的环境行为的影响，对评价其生物有效性、毒性和环境风险具有重要意义。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)是一类新型二维纳米材料，近年来被广泛应用于生产生活中，但是对其在复杂环境要素影响条件下的环境行为还缺乏认知。鉴于此，本研究针对水环境中不同价态金属阳离子和具有不同分子量的NOM组分对GO的团聚行为和迁移转化行为的耦合影响展开研究，主要包括以下部分：
首先，我们采用超滤离心技术将萨旺尼河NOM(Pristine-SRNOM)按分子量分级为SRNOM>100kD,SRNOM30-100kD,SRNOM10-30kD,SRNOM3-10kD和SRNOM＜3kD五个组分，统称为按分子量分级的萨旺尼河天然有机质(Molecular weight fractions of Suwannee river natural organic matter, Mf-SRNOMs )，表征结果显示：随着MW变化，其官能团含量、生色团丰度和光谱性质都发生显著变化。
采用ZetasizerNanoZS的Zeta电位测定模式和动态光散射法测定GO的电泳淌度和团聚动力学，并考察NaCl/CaCl2溶液中，Pristine-和Mf-SRNOMs对GO电泳淌度和团聚动力学的影响。结果表明：(1)不含SRNOMs的体系：无论在一价或二价电解质溶液中，溶液中电解质浓度越高，GO团聚越迅速；二价电解质对于GO的团聚促进作用比一价电解质更加显著。(2)SRNOMs存在下的体系：无论在一价或二价低浓度电解质溶液中，SRNOMs的加入使GO在溶液中稳定性增强，且随着Mf-SRNOMs的MW增大，GO在水中的稳定性提高。在高浓度Na+存在下，GO的稳定性与Mf-SRNOMs的MW仍呈现正相关；但在高浓度Ca2+存在中，由于Mf-SRNOMs中的-COOH/-OH可与Ca2+发生桥连作用，分子量较大的Mf-SRNOMs可增强GO在高浓度二价电解质溶液中的团聚。
然后，采用饱和石英砂柱模拟GO在饱和多孔介质的迁移行为，并对Mf-SRNOMs基于分子量的异质性对GO迁移行为的影响做了深入探讨。GO、以及GO-pristine-/Mf-SRNOM复合体在NaCl溶液中的穿透曲线结果显示：(1)在不含SRNOMs的GO-NaCl体系中，随着NaCl浓度增大，GO穿透曲线的C/C0(淋出液随孔隙体积变化浓度与初始浓度之比)的最高值与回收率逐渐降低。(2)在含有pristine-/Mf-SRNOMs的GO-SRNOM-NaCl的体系中，加入pristine-和各Mf-SRNOM组分，均可显著增强GO的可迁移性，而且Mf-SRNOM分子量越大，促进作用越显著。
为了更好地说明NOM基于分子量而变化的理化异质性对GO在环境中的迁移转化行为的影响，本文的最后采用多种表征方法补充探讨了离子浓度、Pristine-/Mf-SRNOMs对GO的作用机理，结论为：(1)在NaCl或低浓度CaCl2存在下，分子量越大的Mf-SRNOM芳香结构越丰富，通过更强的空间位阻作用来抑制GO的团聚。(2)在高浓度CaCl2溶液中大分子量的Mf-SRNOM对于GO团聚的主导因素发生了改变：从空间位阻直接作用于GO转变为大分子量的Mf-SRNOM先与Ca2+发生桥连作用，再作用于GO。
综上，本研究说明，在探究NOM对ENMs在水体中环境行为的影响时，应着重考虑NOM的异质性与水体电解质价态、浓度复杂性的耦合效应对ENMs团聚、迁移行为，甚至生物有效性的影响。
ENMs的环境行为除了受其本身性质影响外，还受天然有机质(natural organic matter, NOM)、pH、离子强度、光照等多种环境因素的复杂影响。其中，不同价态金属阳离子可能通过压缩双电子层、与含氧官能团结合等多种途径对NOM和ENMs的胶体稳定性和表面化学性质产生影响，进而影响ENMs的环境行为和归趋。此外，NOM是水环境中重要的组成部分，由于NOM在自然水体中的浓度比ENMs高若干个数量级，并且具有复杂的化学组成和丰富的官能团，所以极易与水中的ENMs发生反应，从而改变ENMs的性质和环境归趋。但是，自然水环境中NOM分子量(Molecular weight, MW)跨度极大，其光学性质、官能团构成、表面电荷和化学组成等随MW变化而不同。因此，研究NOM异质性对ENMs的环境行为的影响，对评价其生物有效性、毒性和环境风险具有重要意义。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)是一类新型二维纳米材料，近年来被广泛应用于生产生活中，但是对其在复杂环境要素影响条件下的环境行为还缺乏认知。鉴于此，本研究针对水环境中不同价态金属阳离子和具有不同分子量的NOM组分对GO的团聚行为和迁移转化行为的耦合影响展开研究，主要包括以下部分：
首先，我们采用超滤离心技术将萨旺尼河NOM(Pristine-SRNOM)按分子量分级为SRNOM>100kD,SRNOM30-100kD,SRNOM10-30kD,SRNOM3-10kD和SRNOM＜3kD五个组分，统称为按分子量分级的萨旺尼河天然有机质(Molecular weight fractions of Suwannee river natural organic matter, Mf-SRNOMs )，表征结果显示：随着MW变化，其官能团含量、生色团丰度和光谱性质都发生显著变化。
采用ZetasizerNanoZS的Zeta电位测定模式和动态光散射法测定GO的电泳淌度和团聚动力学，并考察NaCl/CaCl2溶液中，Pristine-和Mf-SRNOMs对GO电泳淌度和团聚动力学的影响。结果表明：(1)不含SRNOMs的体系：无论在一价或二价电解质溶液中，溶液中电解质浓度越高，GO团聚越迅速；二价电解质对于GO的团聚促进作用比一价电解质更加显著。(2)SRNOMs存在下的体系：无论在一价或二价低浓度电解质溶液中，SRNOMs的加入使GO在溶液中稳定性增强，且随着Mf-SRNOMs的MW增大，GO在水中的稳定性提高。在高浓度Na+存在下，GO的稳定性与Mf-SRNOMs的MW仍呈现正相关；但在高浓度Ca2+存在中，由于Mf-SRNOMs中的-COOH/-OH可与Ca2+发生桥连作用，分子量较大的Mf-SRNOMs可增强GO在高浓度二价电解质溶液中的团聚。
然后，采用饱和石英砂柱模拟GO在饱和多孔介质的迁移行为，并对Mf-SRNOMs基于分子量的异质性对GO迁移行为的影响做了深入探讨。GO、以及GO-pristine-/Mf-SRNOM复合体在NaCl溶液中的穿透曲线结果显示：(1)在不含SRNOMs的GO-NaCl体系中，随着NaCl浓度增大，GO穿透曲线的C/C0(淋出液随孔隙体积变化浓度与初始浓度之比)的最高值与回收率逐渐降低。(2)在含有pristine-/Mf-SRNOMs的GO-SRNOM-NaCl的体系中，加入pristine-和各Mf-SRNOM组分，均可显著增强GO的可迁移性，而且Mf-SRNOM分子量越大，促进作用越显著。
为了更好地说明NOM基于分子量而变化的理化异质性对GO在环境中的迁移转化行为的影响，本文的最后采用多种表征方法补充探讨了离子浓度、Pristine-/Mf-SRNOMs对GO的作用机理，结论为：(1)在NaCl或低浓度CaCl2存在下，分子量越大的Mf-SRNOM芳香结构越丰富，通过更强的空间位阻作用来抑制GO的团聚。(2)在高浓度CaCl2溶液中大分子量的Mf-SRNOM对于GO团聚的主导因素发生了改变：从空间位阻直接作用于GO转变为大分子量的Mf-SRNOM先与Ca2+发生桥连作用，再作用于GO。
综上，本研究说明，在探究NOM对ENMs在水体中环境行为的影响时，应着重考虑NOM的异质性与水体电解质价态、浓度复杂性的耦合效应对ENMs团聚、迁移行为，甚至生物有效性的影响。