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纳米银(Ag NPs)因其抗菌性而受到越来越多的关注,且被广泛应用于医疗用品、多相催化、化妆品、电子产品、导电油墨和粘合剂等领域。含有Ag NPs的产品在使用及生产过程中不可避免地进入环境。除工程性Ag NPs的外排途径外,科研人员同样发现了Ag NPs的自然生成过程。因此,Ag NPs广泛的存在于矿床、煤、水、土壤等自然环境中,而确定这些天然Ag NPs的生成过程有助于阐明Ag+和Ag NPs的地球化学循环。较多研究已经证明,有机质对Ag NPs的环境化学行为起着重要的作用,且不同来源的腐殖酸在性质上存在很大差异。然而,目前对于土壤有机质在Ag NPs天然生成过程中的作用和角色尚不明确。因此,本文选取四种不同来源的腐殖酸,重点研究腐殖酸类型和理化特性对Ag+转化及Ag NPs生成的影响及作用机制。本研究以泥炭腐殖酸(PHA、PFA)和商业腐殖酸(HA-1、HA-2)作为土壤腐殖酸模型,结合电子顺磁共振波谱(EPR)、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等光谱学手段,探讨了土壤腐殖酸促使Ag NPs生成的过程与机制。在明确不同土壤腐殖酸对Ag+转化生成Ag NPs的差异及内在机制的基础上,通过硼氢化钠(Na BH4)还原PHA,研究了不同还原条件下土壤腐殖酸对Ag NPs生成的影响,为了解土壤中Ag NPs的形成提供了新的思路。所得结论主要如下:(1)土壤腐殖酸在环境相关条件下可以还原Ag+形成Ag NPs,同时腐殖酸的类型和性质决定了生成Ag NPs的速度和大小。四种土壤腐殖酸的反应速率遵循以下规律:PHA>PFA>HA-1>HA-2。由TEM结果表明,PHA和PFA还原形成的Ag NPs的平均水动力直径在2.5-15 nm之间,HA-1和HA-2还原形成的Ag NPs的平均水动力直径在20-120 nm范围内。不同腐殖酸浓度、银离子浓度及反应温度均对Ag NPs的生成有很大影响。较大浓度的土壤腐殖酸(100 mg L-1)和银离子(1×10-3M)能够加快Ag NPs的生成速度,并且较高浓度的腐殖酸能够稳定较小粒径的Ag NPs。较高的反应温度(90oC)能够加快Ag NPs的生成速率,可以在较短时间内形成较小颗粒的Ag NPs。(2)不同氧化还原程度的土壤腐殖酸还原Ag+生成Ag NPs的速率不同。经Na BH4还原后的腐殖酸可以明显加快Ag NPs的形成速率。腐殖酸的还原程度越高,Ag NPs的形成速率越快。这主要归因于Na BH4的还原处理致使土壤腐殖酸中酚基官能团和自由基含量的变化,直接影响Ag NPs的生成。(3)土壤腐殖酸的还原性官能团和自由基含量在Ag NPs的形成过程中起主要作用。通过ATR-FTIR、EPR及XPS等现代谱学方法对Ag NPs的生成机理进行了分析,证明酚羟基含量及自由基含量的差异会影响Ag NPs的生成。同时Ag NPs的自催化机理也被提出,在土壤腐殖酸还原Ag+的过程中,Ag+和OH-反应形成胶体Ag2O,Ag+可能沉积在Ag2O的固态表面上。吸附在胶体上的Ag+与有机物相互作用,会生成金属银。银原子相互聚集并成为较大的Ag NPs团簇。通过采用XPS技术进一步证明自催化过程的发生,观察到两种不同形态的Ag,分别为Ag2O和Ag0。结果表明,Ag NPs主要以Ag2O的形式存在,并伴随少量Ag0,Ag0随着反应时间的增加而增加。通过对不同来源土壤腐殖酸对Ag+的转化研究,本文明确了土壤腐殖酸可以促使Ag NPs的天然形成,为环境中Ag NPs的存在及其地球化学过程的探究奠定了基础。