纳米塑料在铁氧化物包覆砾石中的迁移行为：流速、离子强度与表面特性的交互影响机制

本研究针对纳米塑料(NPs)在复杂多孔介质中的环境行为预测难题，通过系统研究聚苯乙烯(PS)、羧基化(CPS)和胺基化(APS)纳米塑料在铁氧化物包覆砾石中的迁移沉积规律，揭示了流速提升通过降低固液界面沉积势垒促进NPs迁移，离子强度增加会差异化影响带相反电荷NPs的滞留行为，而铁氧化物涂层通过改变表面粗糙度和阻塞粒内孔隙显著提升NPs回收率。该研究为复杂多孔介质中NPs环境风险评估提供了新视角。

　　

随着塑料制品的大量使用，环境中纳米级塑料颗粒(NPs)的污染问题日益严峻。这些尺寸小于100nm的颗粒不仅本身具有潜在生态风险，还能作为重金属、有机污染物和病原微生物的载体，通过食物链威胁生态系统和人类健康。尤其令人担忧的是，自然环境中广泛存在的铁氧化物涂层会显著改变多孔介质的物理化学性质，但现有关于NPs迁移的研究多集中在均质石英砂介质，对铁氧化物修饰的异质双孔隙介质中NPs行为规律的认识仍存在重大空白。

河南工业大学化学化工学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表的重要研究，首次系统揭示了流速、离子强度(IS)和NPs表面特性在铁氧化物包覆砾石介质中的协同作用机制。研究采用室内柱实验结合数学模型，通过动态光散射(DLS)表征颗粒特性，扫描电镜-能谱(SEM-EDX)和X射线衍射(XRD)分析介质特征，利用HYDRUS-1D软件建立移动-不动区(MIM)模型模拟迁移过程，并基于DLVO理论计算相互作用能。

研究结果部分，3.1章节显示铁氧化物涂层使砾石表面电位从-17.3mV升至-11.3mV，且通过阻塞粒内孔隙显著改变表面形貌。3.2章节发现：在裸砾石中，流速从0.2增至0.8cm/min使PS回收率(M_eff)从32.84%提升至60.53%，因高流速降低θ_m/θ值(80.25%→89.76%)并减小优先流效应；IS从0.1增至25mM时，带负电PS/CPS的M_eff分别降低17.37%和13.14%，而带正电APS的M_eff增加12.63%，这与DLVO计算的能垒变化趋势一致。3.3章节的突破性发现是：尽管铁氧化物涂层降低介质表面负电性(能垒PS从29.40kT降至14.62kT)，但通过阻塞粒内孔隙使所有NPs的M_eff提升13-25%，揭示表面粗糙度调控比静电作用更具主导性。

这项研究创新性地构建了"物理-化学双异质性"影响NPs迁移的理论框架，其重要意义体现在三方面：首先，修正了传统DLVO理论在复杂介质中的适用边界，证明表面形貌修饰可逆转静电排斥的抑制作用；其次，为地下水修复中铁氧化物修饰技术的应用提供新思路，通过精准调控介质孔隙结构可实现NPs的定向阻控；最后，建立的MIM模型参数数据库为预测NPs在真实环境中的归趋行为提供了关键输入参数。该成果不仅推动了对NPs环境行为的认知从理想体系向真实体系的跨越，也为发展基于介质改性的纳米污染治理策略奠定了科学基础。