生物炭纳米颗粒与铁矿物纳米颗粒的稳定性与相互作用

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生物炭纳米颗粒(BCNP)和铁矿物纳米颗粒(IMNP),如水铁矿纳米颗粒(FHNP)、磁铁矿纳米颗粒(MTNP)和针铁矿纳米颗粒。然而,纳米颗粒在各种环境条件下的稳定性和相互作用以前还没有研究过。在本研究中,使用沉降实验、半经验模型、Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek(DLVO)理论、扫描电子显微镜(SEM)观察和量子化学计算来研究BCNP和IMNP的相互作用和异质聚集。BCNPs FHNPs和BCNPs GTNPs的沉降在中性和碱性pH下是稳定的(未沉降纳米颗粒的相对浓度Cres’=0.679–0.824),而在酸性pH下观察到BCNPs IMNPs的快速沉降(Cres’=0.104–0.628)。相比之下,无论磁铁矿的质量如何,BCNPs-MTNPs在所有pH下都始终表现出适度的沉降(Cres’=0.423–0.673)。腐殖酸(HA,10 mg·L-1)和离子强度(IS,10和100 mM)都有助于BCNPs-FHNPs和BCNPs-MT NPs系统的沉降,而BCNPs-GTNPs的沉降仅对IS敏感。黄腐酸(10mg·L-1)对BCNPs-IMNPs系统具有普遍的稳定作用。扫描电镜和量子化学计算结果表明,BCNP与FHNP之间的相互作用(-2755.58 kJ·mol-1)强于BCNP与GTNP之间的作用(1706.23 kJ·mol-1)或MTNP之间的反应(1676.73 kJ•mol-1)。在不利条件下(酸性pH、HA和IS),BCNP和IMNP之间异质聚集的增强受到相互作用强度的调节。因此,BCNPs-FHNPs对异质聚集的增强作用大于BCNPs-MTNPs。在BCNPs-GTNPs系统中,GTNPs的高浓度和细长结构可能对异质聚集和小相互作用的沉降有很大贡献。我们的研究结果强调了pH、IS和HA对BCNP和IMNP之间相互作用的影响。这些结果将有助于BCNP和IMNP在土壤修复中的应用。

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