碳纳米管具有十分独特的物理化学性质,在材料学、电子学、医药学等多个领域得到了广泛的应用,这增加了其被释放到环境中的机会。大量文献证明碳纳米管对微生物、动物、植物等的毒性效应,表明碳纳米管会对生态环境造成负面影响。因此,了解碳纳米管在自然界中的环境过程,尤其是其团聚与沉降等行为,对其安全使用具有重要的意义。本文以多壁碳纳米管作为研究对象,将牛血清白蛋白吸附于碳纳米管表面,研究吸附有蛋白质的多壁碳纳米管的团聚、沉降行为及在孔隙介质中的迁移情况,并探讨电解质对多壁碳纳米管的环境过程所造成的影响。碳纳米管的团聚和沉降分别使用动态光散射和石英晶体微天平进行研究,而孔隙介质中的迁移使用微模型的手段研究。与传统的填充柱实验相比,微模型实验能够直接观察碳纳米管在孔隙介质中的迁移随时间和空间的分布情况。研究表明,吸附有蛋白质的多壁碳纳米管的团聚行为符合胶体经典的DLVO理论,团聚行为分为反应控制阶段和扩散控制阶段,在NaCl和CaCl2溶液中,碳纳米管的临界团聚浓度分别为175 mM和2.7 mM。碳纳米管的团聚行为影响其重力沉降行为,碳纳米管达到最快团聚后才能够达到最快重力沉降,使碳纳米管达到最快重力沉降所需NaCl和CaCl2浓度分别为400 mM和4 mM。碳纳米管在二氧化硅表面的界面沉降同样符合DLVO理论,沉降行为分为不利沉降阶段和有利沉降阶段,在NaCl和CaCl2溶液中,碳纳米管的临界沉降浓度分别为100 mM和0.9 mM。碳纳米管在氧化铝表面的沉降始终处于有利沉降阶段。电解质的存在能够加速碳纳米管的团聚与沉降,表明静电作用为碳纳米管的团聚与沉降的主要控制机制。碳纳米管在微模型中的迁移实验表明,电解质浓度的增大能够加剧碳纳米管在微模型中的沉积,减弱其迁移能力。在无电解质的情况下也出现了沉积,说明流体运动的相向传输方式影响了碳纳米管在微模型中的迁移。碳纳米管的团聚和沉降行为影响其孔隙沉积行为,除了静电作用以外,不同位置流速的差异以及碳纳米管的独特结构也造成了碳纳米管在微模型中团聚体的形成。碳纳米管在微模型中的沉积分布较为均匀,且沉积多发生在孔隙较窄处,表明物理阻塞作用是导致碳纳米管在孔隙介质中沉积的主要原因。二价的Ca²⁺对碳纳米管的团聚、沉降以及孔隙沉积行为的影响均大于一价的Na+,除了 Ca²⁺本身带有更多电荷之外,其与碳纳米管、牛血清白蛋白以及二氧化硅表面的基团产生的特异性作用也是重要的原因之一。也是由于这种特异作用,在高浓度的Ca²⁺溶液中,碳纳米管界面沉降的沉降层的刚性迅速增大。本研究证明了电解质能够影响碳纳米管的环境过程,为预测碳纳米管的环境行为、评估其风险提供重要依据。