基于纳米颗粒的纳米科技产生的巨大的市场应用潜力在引起了国内外对纳米颗粒材料发展前景关注的同时,也激起了众多学者对其释放到环境中对生态安全威胁性的质疑。由于纳米颗粒会不可避免地随着其生产应用进入至水生环境中,凭借其独特地物理化学特性,对生物可能会造成不同程度的毒性效应。因此明确纳米颗粒在水环境中的迁移沉积行为以及与相关水环境的相互作用机理对预测纳米材料对水生生物可能产生暴露行为和暴露途径的有效研究方法,有利于监测和控制其环境命运,并降低其暴露在水环境中的风险。本文以典型锰氧化物纳米二氧化锰（MnO₂）和典型工程纳米颗粒富勒烯(C₆₀)和二氧化铈（CeO₂）为研究对象,探讨其在常见水环境界面上的迁移和沉积行为。重点考察了溶液化学性质、水环境界面类型、大分子有机物、离子特性对其在水环境中的稳定性以及迁移行为的影响机理,并借助经典胶体理论模型以及修正后的胶体理论模型进一步模拟和论证。同时,以纳米MnO₂为例,探索了其在强化混凝过程中对地表水中痕量重金属去除效能的影响机制。本文首先探索了离子强度和天然有机质对纳米MnO₂在代表性水环境界面二氧化硅（SiO₂）、氧化铁（Fe₃O₄）和氧化铝（Al₂O₃）上沉积动力学的影响机制。研究结果显示,一价阳离子中,纳米MnO₂在三种环境界面上的沉积行为基本符合经典Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理论预测,其在SiO₂及Fe₃O₄界面上的临界沉积浓度分别为15 mM NaNO₃和9 mM NaNO₃。拓展EDLVO作用能的计算证实了位阻斥力在有机物对纳米MnO₂沉积的影响中起到了关键的作用。由于位阻斥力的存在,腐殖酸的海藻酸钠的加入大大增加了纳米MnO₂的稳定性并抑制了纳米MnO₂在界面上的沉积,而由于BSA的表面特殊结构的影响,表现出一定强化纳米MnO₂沉积的能力。界面类型,离子强度以及有机物性质均会对沉积层的性质有一定影响。其中由于较大能垒的存在,SiO₂界面具有更刚性的沉积层;高浓度NaNO₃下沉积层的刚性降低;BSA相较HA和alginate更能促进刚性沉积层的形成。本文还探讨了离子强度、界面类型、pH值和天然有机质等常见环境因子对纳米MnO₂在上述三种代表性水环境界面上释放行为的影响。结果表明,背景离子浓度的降低可导致纳米MnO₂的释放。界面类型对纳米MnO₂的释放有显著的影响,其中在SiO₂界面上的释放速率和释放量最高,在Al₂O₃界面上的释放速率和释放程度最小,取决于界面与颗粒之间的静电作用。溶液pH变化也会导致纳米MnO₂的释放,在pH值为9.85时的释放速率明显高于pH值为4.5时,表明碱性条件下更有利于纳米MnO₂在水环境中的迁移。当大分子有机物存在时,由于牛血清蛋白与SiO₂界面会产生吸引作用,其吸附在MnO₂表面会抑制颗粒从表面的释放。相反地,腐殖酸存在时,纳米MnO₂更容易从SiO₂表面发生释放。对于工程纳米颗粒,离子特性影响对其在水环境界面上的迁移行为有着重要的影响。因此以富勒烯(C₆₀)和二氧化铈（CeO₂）作为不同电性的工程纳米颗粒为研究对象,重点探究了离子特性、和天然有机质对两种纳米颗粒沉积特性的影响。结果表明,随着背景阳离子的水化程度的降低,不同的碱金属离子使纳米C₆₀纳米稳定性增强的能力随Rb⁺<K⁺<Na⁺<Li⁺增加,而降低纳米C₆₀沉积速率的顺序为Li⁺>Na⁺>K⁺>Rb⁺。对于纳米CeO₂,碱金属离子没有特异性地改变纳米CeO₂纳米表面电荷性质和团聚状态,但对纳米CeO₂的沉积表现出了显著的影响。具体地,CeO₂纳米颗粒在SiO₂界面上的沉积随着阳离子水化能力的降低而减小。通过引入水化力的修正DLVO理论,可以定量解释在给定的离子强度下纳米颗粒在离子特性影响下的沉积行为。结果证实了这种水化力的存在产生的短距离斥力可主导纳米颗粒与表面的胶体相互作用,并导致了这些特异性影响。此外,两种生物大分子以相反的方式影响了这两种NPs的迁移率:BSA可以增强NPs在二氧化硅表面的沉积,而藻酸盐则可以减少沉积并增强其在水溶液中的迁移率,取决于有机物分子的结构复杂性程度。由于纳米颗粒在重金属方面可表现出卓越的去除效能,论文最后以典型纳米锰氧化物MnO₂为例,利用常规混凝剂Al₂（SO₄）₃和FeCl₃,研究了纳米MnO₂在强化混凝过程中对地表水中痕量Pb²⁺、Cd²⁺和Ni²⁺去除效能及相关水环境条件的影响规律。总体来讲,混凝剂种类对强化混凝效果影响不显著。纳米MnO₂对混凝去除配水中痕量重金属Pb²⁺、Cd²⁺和Ni²⁺有良好的强化效果。地表水的pH、竞争性Ca²⁺和络合性腐殖酸对强化混凝有一定影响。低pH不利于强化混凝去除水中选择的痕量重金属,碱性条件下强化混凝效果有所增加。5 mM Ca²⁺的加入降低了痕量重金属的去除效能,10 mg/L HA显著抑制了重金属的去除,大大增加出水中残余重金属的浓度。