矿物和微生物之间的电子转移和能量流动对环境保护和生物地球循环具有重要意义。黏土矿物是地球最常见和最丰富的矿物,其与微生物的相互作用在微生物领域被广泛研究,但在生物转化过程中黏土矿物与微生物界面作用机制有待深入研究,限制了黏土矿物在环境生物转化中的应用。本研究选用硝酸盐为污染物,探究了黏土矿物影响反硝化动态过程的特性,阐明了黏土矿物与微生物相互作用内在规律,提出了黏土矿物与微生物界面作用调控机制。主要结论如下:（1）通过批次实验探究了蒙脱石、伊利石和高岭石三类黏土矿物对反硝化特性的影响。结果表明蒙脱石、伊利石和高岭石分别提高反硝化速率5.0、4.8和4.9倍,反硝化过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原均可加速;循环的批次实验证明黏土矿物强化反硝化具有重复性;分子轨道能级计算分析了黏土矿物结构具备的电子供给能力,解析了黏土矿物可作为氧化还原介质促进反硝化电子传递过程。（2）基于蒙脱石强化反硝化体系,从形貌结构、电子传递和微生物代谢等方面阐明了黏土矿物与微生物界面宏观调控机制。通过扫描电子显微镜形貌结构特征得出黏土矿物表面生物膜形成,明确黏土矿物与微生物间存在界面作用。电化学特性发现蒙脱石有利于胞外多聚物分泌和电活性物质含量,提高体系电容102.9μF和降低电阻26.9Ω,提升体系电化学活性和电子传递效率。酶学分析表明蒙脱石促进NADH和反硝化还原酶的活性而提高微生物代谢活性。因此提出了黏土矿物与微生物界面相互作用、电子传递、微生物代谢多方面协同宏观调控机制。（3）选用纳米二氧化硅（Si NPs）为黏土矿物基本结构单元模型,探究了反硝化过程黏土矿物与微生物界面微观驱动机制。批次实验表明0.05～5g/L Si NPs对反硝化具备强化作用。时间电流响应证明Si NPs具备电子供给/接收能力;傅里叶红外测试发现Si NPs与胞外聚合物存在键合作用;电化学特性表明Si NPs提高电子交换能力,证明Si NPs促进反硝化电子传递。Si NPs将细胞色素c氧化还原酶活性和微生物电子传递活性提高了116.5%和145.3%,表明Si NPs促进微生物代谢活性。微生物群落结构分析表明Si NPs提高反硝化功能菌丰度,正向调控了反硝化菌群结构。综上提出黏土矿物硅氧四面体结构对反硝化微观驱动机制。本论文首次系统地探究了黏土矿物和纳米二氧化硅对反硝化的强化作用与机理,为黏土矿物应用于强化污水厌氧生物处理过程提供理论依据并为难降解污染物的厌氧生物处理提供新的思路。