城镇化流域水体悬浮颗粒的重金属界面行为机制

This project aims to explore the mechanism of the interface between water suspension particles and heavy metals responses to urbanization. The project will run in a typical urbanizing small watershed in southern Chinese coast. It aims to study the mechanism of heavy metal pollutants transport through the carrier of water suspension particles, integrating with a long term monitoring, pollutants traceability technology and a new nanotechnology. The project will provide a new methodology for studying the interface behavior mechanism between water suspension particles and heavy metals. The findings from the project will contribute the evidence for heavy metal pollutants in water environmental transport and transformation and other phenomena.

本申请项目以城镇化流域水体悬浮颗粒的重金属界面行为机制为主题，以城镇化过程中的南方典型滨海小流域为研究对象，针对流域水体中细颗粒物作为污染物载体的机制进行研究，并结合长期流域监测和污染物溯源技术，以及申请者在创新的纳米粒子分离技术上的突破，将为我国对于水体中细颗粒物的重金属界面行为机制提供全新的方法论，并且可以进一步清楚了解以细颗粒为载体，对于重金属污染物在水环境中的迁移转化、归宿、再污染等现象提供证据。

表层沉积物中的黏土矿物可以影响土壤对重金属的吸附过程。然而，很少有历史研究是关注于细黏土矿物特性对金属吸附的影响。由于沉积物中的重金属和细粘土矿物之间的反应仍然模糊不清，本研究在一个典型的城市化小流域地区探讨细黏土矿物对金属吸附特性的影响。本研究中的黏土矿物包括大小不等的纳米粒子——黏土(1000-2000 nm)、细黏土(450-1000 nm)、非常细的黏土(220-450 nm)，这可以用来证明它们从晶状转变为低结晶状态。我们通过表面积测定、X射线衍射、扫描电镜（SEM）和化学分析等手段对纳米颗粒进行收集和评价。通过典型相关分析揭示金属含量与表层沉积物性质之间的关系。研究发现，越小的颗粒，如非常细的黏土的纳米颗粒有明显的低结晶现象，这可能是由于在细颗粒粒级的压力诱导相变下，其他晶面的优先结构破坏，于是很少有重复的晶胞出现。金属含量的第一标准矩阵（m）首先可由表面积和孔隙体积预测，其次是高岭石和伊利石含量来预测。另一方面，我们也发现金属类别如铜、铬、锌、铅等与第一“M”正则变量显著相关。本研究所获得的数据对于我们加深对陆地生态系统中重金属与细粘土矿物反应的认识具有重要的意义。