随着近年来纳米材料的大量生产和广泛应用，纳米颗粒暴露在水环境中的可 能性显著增加。由于纳米颗粒存在的生态风险，可能对微生物和人类造成危害， 因此其聚集行为受到了越来越多的关注。但是目前对于纳米颗粒的聚集机制仍不 十分清楚。

      本研究通过比较纳米颗粒和微米颗粒的混凝过程，发现混凝行为存在由于粒 径效应引起的差异性。进一步，通过对不同粒径的二氧化硅颗粒的聚集过程进行 系统地探究，发现结构层的存在是影响纳米颗粒聚集动力学过程的重要作用机制， 该机制的产生不仅针对无机纳米颗粒，对有机纳米颗粒的聚集效应同样具有显著 影响，因此验证了结构层对纳米颗粒聚集过程影响的广泛性。由于实际水体是一 个复杂的体系，有机物的吸附等行为能显著改变水体颗粒物的稳定性，因此进一 步探究了天然有机物对纳米颗粒聚集过程的影响，明确不同水质条件下颗粒物表 面吸附有机物的结构、形态变化规律，并揭示有机物吸附形成的空间位阻力与结 构层斥力对纳米颗粒水体稳定性影响的协同作用机制。针对纳米颗粒的聚集机制， 对实际水体中控制其去除的工艺进行了探讨。本研究为预测和评估纳米颗粒在水 环境中的分布和生态风险提供了理论基础，为纳米颗粒聚集动力学模型的构建提 供了参考，为混凝工艺控制纳米颗粒的去除提供了新的思路。具体的结论如下：

       pH 7 条件下纳米和微米颗粒的混凝机理分别为电中和与网捕卷扫，颗粒自 身的扩散机制不同使纳米颗粒在 pH 6 条件下的混凝去除效果差并且形成的絮体 密实。

      不同粒径的纳米二氧化硅颗粒聚集行为不同的根本原因是颗粒表面的结构 层厚度不同导致的。结构层厚度随粒径的减小而增加，由 480 nm 的 4.5 nm 增加 到 130 nm 的 11.0 nm。但是只有当结构层厚度恰好为第一极小值一半时，结构层 斥力才能占据主导地位，阻碍纳米颗粒的聚集。此外，pH 值和阳离子种类都是 通过影响结构层的性质和厚度，最终影响纳米颗粒的聚集过程。

      微塑料在水体中的聚集过程由物理过程控制，因此其始终保持稳定。而布朗 运动和结构层斥力作用共同控制纳塑料的聚集，因此其在淡水中保持稳定，但是 流经富营养化、高硬度区域以及海洋时会发生聚集。纳塑料在 CaCl2 中的快速聚 集速率系数要高于 MgCl2，这是因为阳离子的水化性质不同导致的。

      在一价离子溶液中，负载在纳米颗粒表面的腐殖酸（HA）/蛋白质（BSA） 发挥空间位阻作用，与结构层斥力协同抑制纳米颗粒的聚集。而 BSA 可以在纳 米颗粒表面形成明显的蛋白冠结构，因此其空间位阻作用更强。在二价离子溶液 中，由于 HA/BSA 与 Ca2+发挥静电簇作用，促进纳米颗粒在反应控制区域的聚 集；而在扩散控制区域，由于不同粒径颗粒表面所分布的有机物分子数不同，可 提供与 Ca2+络合的位点数不同，最终导致不同粒径的纳米颗粒聚集行为不同。

      对于纳米颗粒占据主导的水体，额外的水力搅拌不是必须的，仅依靠颗粒的 布朗运动同样可以使纳米颗粒发生有效地聚集和沉降，并且形成的絮体具有密实 度高，不易破碎的优点。