表面活性剂修饰的碳纳米管在水环境中的悬浮机理研究

碳纳米管（CNTs）在水中易于因团聚而沉淀，因此在实际应用中经常使用表面活性剂对其进行修饰，表面活性剂修饰的碳纳米管（SF-CNTs）能够形成较为稳定的悬浮液。在生产和使用过程中，SF-CNTs不可避免的进入环境中，是CNTs在水环境中的主要存在形式之一。但SF-CNTs在天然水体中的悬浮机理尚不清楚。本项目拟1）进行SF-CNTs的悬浮实验，通过比较SF修饰前后CNTs颗粒间的空间位阻和表面电荷的改变，探明 SF-CNTs的悬浮机制；2）通过溶解有机质和SF的竞争悬浮实验，以及不同离子强度和pH下SF-CNTs悬浮实验，估算水体主要理化参数，如：天然溶解有机质、阴阳离子和pH对SF-CNTs悬浮的影响程度，确定影响 SF-CNTs悬浮的关键因子。该研究将为全面理解CNTs和SF-CNTs的迁移转化、毒性和生物有效性具有重要意义，并能为CNTs风险评估和污染控制提供科学依据。

碳纳米管（CNTs）由碳原子通过共价键结合而成的无缝圆柱状纳米材料。由于受范德华力影响，CNTs疏水性极强，易于在极性溶剂中聚集和沉积。本项目主要从事不同修饰下CNTs的水环境行为研究，获得三个方面的成果：. 表面活性剂能通过吸附作用增强CNTs的稳定性，从而影响CNTs的环境行为。TX系列表面活性剂具有相同的疏水基团和不同亲水链长长度。TX系列表面活性剂在CNTs上的吸附符合朗格缪尔模型，为单层吸附。表面活性剂的吸附容量随亲水链长度增加而降低：triton-305 < triton-165 < triton-114 < Triton-100。pH值变化对吸附作用影响不大，表明二者吸附机理不是静电相互作用或氢键作用。表面活性剂和CNTs的主要机制是疏水作用和π-π作用。推导吸附-悬浮模型很好的拟合CNTs悬浮数据。CNTs悬浮量和表面活性剂的吸附能力呈正相关，与亲水组分比例成反比。. CNTs表面氧化可以影响其形态学特征、聚合动力学及其吸附特性。氧化时间和CNTs氧含量成正比。NaCl的临界凝聚浓度（CCC）、临界凝聚pH与CNTs的含氧量成正比。氯化钙的CCC值随着CNTs氧含量增加先增大后减小。对未氧化CNTs和含氧量较低的CNTs来说，Ca2+和Na+的 CCC比率中符合Schulze–Hardy规则，对高含氧量CNTs来说远远低于Schulze–Hardy规则预期值。富里酸(FA)能明显增加未氧化CNTs和低含氧量CNTs氧化碳纳米管的悬浮稳定性，但对高氧含量的CNTs影响较小。. 利用XAD-8吸附技术和焦磷酸缓冲液pH值分级淋滤技术分离获得中国标准富里酸（FA）五个亚组分。五个亚组分所占比例从42%下降到2.5%，回收率范围为99%～99.5%。早淋滤出的FA亚组分含有极性羧酸基团比例大，分子量较大；后淋滤出的FA亚组分酚类和脂肪含量高。蛋白质和无定形-晶型的聚（甲基）-组分在中性和碱性缓冲液淋洗液中被有效富集。影响FA亚组分分离的主要机制包括：1）高羧酸含量亚组分，易于点解，在较低的pH值下被洗脱；汗酚羟基的亚组分，在高pH值下点解，后被洗脱。2）pH值超过其等电点时，蛋白或蛋白类成分被富集和洗脱。3）FA组分分离存在体积排阻作用。.