土壤是天然纳米颗粒的重要来源，研究土壤本身含有的纳米颗粒和胶体颗粒之间的相互作用对于解释土壤宏观现象和性质有重要意义。纳米和胶体颗粒的聚集形态影响植物有益营养元素、有毒元素和有机大分子在土壤和水体中的运移和传输，因此从化学角度研究带电颗粒的凝聚和分散过程十分必要。　　本文选取实际土壤中普遍存在和工业上广泛使用的铁（氢）氧化物纳米颗粒作为研究对象，研究了各种环境条件对赤铁矿和针铁矿纳米颗粒的同质凝聚过程的影响，进而对铁氧化物纳米颗粒与土壤中黏土矿物胶体和腐殖酸胶体的异质凝聚机理进行了初步探讨。利用动态光散射仪记录纳米或胶体颗粒的凝聚动力学曲线，采用透射电子显微镜观察颗粒以及凝聚体的形貌，使用ζ电位仪测定颗粒ζ电位，并结合其它技术手段揭示了纳米和胶体颗粒凝聚过程中的主要作用机制。主要的研究结果如下:　　(1)首先在溶液pH＜pHpzc的条件下，测定了多种常见阴离子和阳离子引发赤铁矿和针铁矿纳米颗粒凝聚的临界聚沉浓度(CCC)值，同时测定相应体系的ζ电位，对比分析了颗粒形状对纳米颗粒凝聚过程的影响，并验证了经典DLVO理论描述专性吸附离子引发纳米颗粒凝聚过程时的适用性。结果表明，赤铁矿和针铁矿纳米颗粒悬液在远离颗粒电荷零点的条件下可以保持稳定的分散状态。二者具有相近的初始有效直径，颗粒形状差异影响了两种纳米颗粒在相同条件下形成凝聚体的直径大小，但对它们在相同电解质溶液中的CCC值影响不大。赤铁矿和针铁矿纳米颗粒在四种常见阴离子体系中凝聚的CCC值相对大小为:NO3-≈Cl-＞F-＞SO42-。惰性电解质离子(NO3-和Cl-)主要通过压缩双电层厚度使ζ电位数值降低而导致体系不稳定;专性吸附离子（F-和SO42-）可以通过直接中和表面正电荷来降低ζ电位值，从而引发凝聚。电荷中和作用比压缩双电层厚度引发颗粒凝聚的效率更高。同理阳离子的专性吸附可以使得赤铁矿和针铁矿纳米颗粒悬液更稳定分散。运用DLVO理论对体系实测粘结系数(α)值和理论预测值进行了拟合，得到赤铁矿和针铁矿纳米颗粒的Hamaker常数分别为2.87×10-20和2.29×10-20J-1，并证实了DLVO理论可以预测实验体系中颗粒的凝聚行为规律。　　(2)研究了可以在铁氧化物纳米颗粒表面发生强烈专性吸附的磷酸根离子对赤铁矿和针铁矿纳米颗粒凝聚行为的影响，同时阐明了磷酸根形态和陪伴阳离子在赤铁矿纳米颗粒凝聚过程中的作用。磷酸根的专性吸附可以降低纳米颗粒的ζ电位，且使其由正值变为负值。赤铁矿和针铁矿纳米颗粒在实验所用磷酸根浓度范围内存在两段从慢速凝聚到快速凝聚的转变。前一个阶段主要是磷酸根的强专性吸附作用引发凝聚，后一个阶段则为陪伴阳离子起作用。针铁矿对磷酸根的吸附容量大于赤铁矿，导致其在前一个阶段中的CCC值较小，而在后一阶段的CCC值较大。　　体系pH决定了磷酸根在溶液中的存在形态，影响了磷酸根在纳米颗粒表面的吸附机制，控制了赤铁矿纳米颗粒在NaH2PO4、KH2PO4和Na3PO4三种溶液中的ζ电位和CCC值。NaH2PO4和KH2PO4体系的最终凝聚体直径、凝聚速率以及CCC值都比较接近，而与Na3PO4体系相差较大。赤铁矿在Na3PO4体系中电位值下降得更快，ζ电位最低值更小是造成其与NaH2PO4和KH2PO4体系CCC值不同的主要原因。非经典极化作用是导致赤铁矿纳米颗粒在不同陪伴阳离子溶液（Na+和K+）中CCC值有差异的原因。　　(3)对比了无机磷（磷酸二氢钾，KP）和有机磷(甘油磷酸，GP和植酸，IHP)存在时，赤铁矿纳米颗粒在不同溶液pH、电解质浓度和类型影响下的稳定性。在Na+溶液中，有机磷通过增强相邻纳米颗粒之间的静电排斥力和位阻斥力使得悬液更稳定，且这种作用随磷浓度的升高而增强。在高pH条件下，由于被吸附的无机磷酸根形态发生变化，其所携带的平均负电荷数量增多，KP-赤铁矿体系的ζ电位数值更负，所以CCC值增大;有机磷在赤铁矿表面的吸附率随溶液pH升高而大幅度降低，导致位阻斥力下降而使得体系CCC值降低。Ca2+可以和IHP结合为絮状沉淀，并起到联结纳米颗粒的作用，因此不利于悬液的稳定分散。总之，有机磷存在使得赤铁矿纳米颗粒悬液在一价阳离子溶液中的分散性增强而加大颗粒态磷向水体中迁移的风险;而在二价阳离子溶液中则极易发生有机磷的累积。　　(4)研究了两种铁氧化物纳米颗粒与高岭石胶体颗粒组成二元体系的异质凝聚过程。结果表明，二元体系中一种组分的选择性凝聚和体系中带相反电荷颗粒之间的静电引力引起的双电层重叠作用和盐吸附效应是异质凝聚的主要作用机制。赤铁矿的表面电荷正数量少于针铁矿，所以其与高岭石的双电层重叠作用较弱，导致赤铁矿+高岭石二元体系异质凝聚的临界质量分数较高。在背景电解质浓度较低的慢速凝聚阶段，盐吸附效应导致二元体系异质凝聚速率高于一元体系的同质凝聚速率。在高电解浓度条件下的快速异质凝聚阶段，二元体系的异质凝聚速率取决于体系组成矿物中快速同质凝聚速率较大的组分。　　(5)比较了Na+、Ca2+和La3+三种阳离子引发富里酸胶体凝聚的CCC值和最终凝聚体直径大小，初步研究了针铁矿纳米颗粒与富里酸胶体的异质凝聚过程。结果表明，富里酸胶体的CCC值随着阳离子化合价的升高而明显降低，三种体系的最终凝聚体直径大小随阳离子化合价的升高而显著增大。这与阳离子同时具有中和富里酸表面负电荷和络合富里酸大分子的能力有关。发现二元体系异质凝聚过程的速率在针铁矿纳米颗粒和富里酸胶体颗粒电位中和时最大，这可能是由于组成富里酸的小分子可以在针铁矿纳米颗粒表面发生快速的专性吸附引起的。　　以上分析表明，表面电化学性质是影响纳米和胶体颗粒凝聚与分散的最主要因素。颗粒凝聚机制主要涉及经典DLVO力、非经典极化作用、空间位阻效应、桥键作用和带相反电荷双电层的重叠作用。本文的研究结果可为建立带电颗粒微观作用机制与土壤宏观现象之间的联系提供重要的理论依据。