纳米颗粒对水体中可溶性有机质（DOM）化学分馏及其结构转化的影响机制

The interaction of dissolved organic matter (DOM) and nanoparticles (NPs) has aroused much attention in recent years, which is important for understanding the environmental behaviors and influences of nanoparticles. However previous researches mainly focused on the impact of DOM on the behavior and fate of NPs while ignored the physicochemical changes of DOM in this process, which greatly blocked our understanding on the mechanism of DOM-nanoparticle interaction and the environmental impacts of NPs. Therefore, this proposal is to highlight the impact of DOM-nanoparticle interaction on the chemical structure and transformation of DOM at the molecular level. The first step is to set up analytical methods for identifying the molecular components of dissolved and particle bonding organic matters by the application of Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) combined with other spectroscopic techniques. Then the molecular fractionation of DOM at nanoparticle-liquid interface is to be investigated using the methods developed, and the two- to three-dimensional morphology of DOM/nanoparticle aggregates will be revealed using synchrotron based X-ray microscopy. Furthermore, the photochemical transformation of DOM in the presence of nanoparticles will be studied under simulated sunlight in order to elucidate the effects of molecular fractionation induced by the presence of NPs on the stabilization of DOM. The research of this project will provide new insights into the understanding of the environmental impact of nanoparticles and the environmental behavior of DOM as well.

可溶性有机质（DOM）与纳米颗粒（NPs）的相互作用对NPs的环境行为与影响有重要意义，是近年来环境学者关注的研究热点。但是以往研究集中于NPs行为特征的分析，缺乏对DOM的针对性研究，阻碍了对二者相互作用机制及其环境影响的全面认识。因此，本项目旨在揭示DOM与NPs相互作用对DOM产生的关键影响及其分子机制。首先建立以傅立叶变换离子回旋共振质谱结合先进谱学手段综合分析固（液）相中天然有机质化学组分和结构特征的方法；在此基础上研究并揭示NPs影响下DOM在固液界面不同分子组分的化学分馏行为；进一步研究NPs影响下DOM在模拟日光暴露下的光化学转化行为，阐述NPs作用下DOM分子组分的分馏行为对DOM化学稳定性及结构转化的影响。研究从DOM与NPs相互作用出发，关注NPs影响下DOM分子组分的化学分馏行为及其环境转化过程，研究结果将有利于深入认识NPs的环境影响以及DOM的环境化学行为。

可溶性有机质（DOM）广泛存在于环境当中，有着重要的地球环境化学意义。无论是释放到环境中的人工纳米颗粒（MNPs）还是环境中本身存在的大量天然纳米颗粒都不可避免地会与DOM发生相互作用。以往的研究主要关注于DOM对纳米颗粒稳定性、溶解性、表面性质、形态转化以及毒性效应的影响，而忽略了纳米颗粒对DOM组成和结构的可能影响。本项目围绕纳米颗粒对DOM组成和结构的影响开展了以下工作：（1）鉴于DOM分子组成的复杂性，建立了基于固相萃取-连续提取的FT-ICR-MS分析DOM分子组成的新方法，该方法可以更好的保留DOM中富含糖类、脂类、芳香类以及含氮的分子，使检测到的DOM分子数量提高超过50%；（2）研究了DOM在几种典型铁氢氧化物纳米颗粒表面的吸附分馏行为，表明与结晶态的针铁矿和纤铁矿相比，无定型的水铁矿能够引起DOM在其表面的分子分馏，分子量小、不饱和度低、O/C低、H/C高的分子保留在溶液中，反之则更易与矿物结合；（3）通过精准调控Fe2O3纳米颗粒的暴露晶面，发现DOM在Fe2O3表面的吸附分馏行为是受其表面单齿羟基含量控制的，Fe2O3的{100}晶面由于具有大量的单齿羟基对于DOM分子分馏的贡献远大于{001}面；（4）光照条件下，纳米TiO2的存在大大加速DOM的光化学转化，降低其分子多样性，主要表现为高分子量、高芳香性以及含S的DOM分子更易发生光化学转化。上述研究为我们认识DOM与纳米颗粒之间的相互作用提供了新的视角，有利于从分子水平重新认知DOM的环境地球化学行为。