【摘要】 基于动态光散射 (DLS) 原理的 90 Plus 粒度分析仪用于测量不同离子化学条件下的 BC 粒度和 zeta 电位。

黑碳（BC）是水生和陆地环境的重要组成部分，但也对人类健康、水生生物产生多种不利影响，并导致全球气候变化。因此，为了了解碳纳米粒子 (NP) 在环境中的命运和运输，了解在各种环境条件（包括水生和大气）下的胶体稳定性或聚集行为以及影响其的因素非常重要。

 

本研究调查了离子强度、化合价（Na+、Ca2+ 和 Mg2+）、金属（Zn2+、Cu2+、Ni2+ 和 Cd2+）和有机物质（PO4 3- 和腐殖酸：HA）对有效直径或流体动力学直径的个体影响和水生系统中 BC-NP 的 zeta 电位。基于动态光散射 (DLS) 原理的 90 Plus 粒度分析仪用于测量不同离子化学条件下的 BC 粒度和 zeta 电位。结果表明，强离子强度会促进 BC-NP 的聚集，直到由于更多的负 zeta 电位而导致排斥力占主导地位。

 

据观察，BCNP 的聚集显着依赖于离子价，其中二价离子比单价离子引起更多的聚集。较高浓度（约1 mM）的金属离子促进了BC-NPs的聚集速率，并且Cu+2在所有选定的金属中占主导地位。相反，有机物（PO4 3- 和 HA）倾向于促进 BC-NP 的稳定而不是聚集。虽然这项研究调查了物质的个体效应，但物质可能的环境组合的影响将有助于获得更清晰的想法。

 

图 1. 离子强度的长期影响：a) NaCl、b) MgSO4 和 c) CaCl2 对 BC-NP 的有效直径和 zeta 电位的影响。【1】

 

离子强度（NaCl、MgSO4 和 CaCl2）对 BC-NP 聚集的长期影响如图 1(a-c) 所示。在 CaCl2 的情况下，再次观察到聚集率按浓度增加的顺序增加（5 mM > 2.5 mM > 0.1 mM），但有趣的是，浓度为 10 mM 时聚集率最低。这些结果与其各自的 zeta 电位值一致，其中浓度 0.1 mM–5 mM 时 zeta 电位在 0 至 - 10 mV 范围内，并且浓度 10 mM 时比 - 10 mV 更负。

 

本研究系统研究了离子强度、离子价态、金属离子和有机物质对水环境中BCNPs稳定性和聚集行为的影响。结果表明，BC-NPs的有效直径随着阳离子浓度的增加而增加，直到排斥力占主导地位。与一价阳离子 i 相比，二价阳离子即 Ca+2 和 Mg+2 显着增加了 BC-NP 的聚集。阳离子聚集潜力按 Ca+2 ≫ Mg+2 > Na+ 的顺序观察到。当这些阳离子的浓度较高时，由于 zeta 电位负增加，排斥力占主导地位，从而导致 BC-NP 的聚集减少。

 

此外，随着实验时间的推移，BC-NP 的聚集率不断增加。 1 mM 浓度的金属离子对 BC-NP 的聚集有显着影响。与其他金属离子相比，Cu+2对有效直径的影响显着增加，并且遵循Cu+2≫Ni+2>Cd+2>Zn+2的顺序。有机营养素（PO4 3- 和HA）对BC-NPs 聚集的个体影响很小，可以被认为是促进BC-NPs 在水生环境中稳定性的因素。本研究特别关注阳离子、金属或有机物质的个体效应，但在实际水生环境中，多种物质会同时作用影响纳米颗粒的聚集。

 

因此，这项研究可以为未来的研究奠定基础，重点关注几种可能影响 BCNP 聚集的物质的组合。

 

【1】Kiran Dhangar, Manish Kumar, Marwan Aouad, Jurgen Mahlknecht, Nirav P. Raval, Aggregation behaviour of black carbon in aquatic solution: Effect of ionic strength and coexisting metals,Chemosphere,Volume 311, Part 2,2023,137088,

 

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