纳米金在矿物表面吸附的实验研究

摘要

纳米粒子在自然界中普遍存在.在地球的各个圈层,热、机械、化学、光化学、或生物等过程均可产生天然纳米粒子.另一方面,由于纳米粒子商业用途广泛,人工纳米粒子的年平均产量已达300,000吨(截止到2010年).在纳米材料生命周期的任何一个阶段,人工纳米粒子都有可能进入到环境中.很显然大量的天然和人工纳米粒子会对相关元素的地球化学迁移、循环和分配产生重要影响，对环境和人类健康造成潜在危害。纳米金是研究最广泛的纳米材料之一，被应用于催化、医疗诊断、化学物质检测等多个领域。据估算，纳米金在水体和土壤中的预测环境浓度分别为0.14 μg/L 和5.99 μg/kg。假设它们是平均粒径10nm的球形颗粒，那么每升水体中约有140亿个纳米金，每千克土壤中约有5900亿个纳米金颗粒。已有实验研究发现纳米金会破坏人类细胞的活性，甚至降低其生存能力，因而对环境和生态的影响不容忽视。在自然界（例如在很多深成和表生矿床中）也发现了天然存在的纳米金。其中，在卡林型金矿中观测到了以黄铁矿作为主要载体矿物的天然纳米金；在一些风化相关的表生矿床中，发现纳米金赋存于粘土矿物、铁氧化物的边缘。迄今为止，天然纳米金的成因以及相关纳米尺寸效应在成矿过程中的作用尚无统一认识。由于矿物颗粒在水体、土壤、大气和各类矿床中普遍存在，纳米粒子和矿物表面的吸附被认为是影响纳米粒子迁移、归趋、环境毒性以及成矿作用的重要过程。本文旨在研究纳米金在矿物表面的吸附行为，选择粘土矿物（伊利石）和硫化物矿物（黄铁矿）为代表，考察了矿物表面性质、pH、粒径等因素对吸附的影响。