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| 內容簡介： |
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《纳米二氧化钛与典型污染物界面交互作用》聚焦纳米材料环境行为这一前沿领域，系统揭示纳米二氧化钛（n-TiO2）与重金属Cd2+、有机污染物四环素（TC）在正负电荷界面的交互作用机制。本书以多尺度研究为核心，通过微观机制解析、介观行为表征，首次对比了沸石、椰壳炭等负电荷表面与磁化高岭土正电荷表面的作用差异：在负电荷界面，n-TiO2与污染物呈拮抗效应，竞争吸附位点导致去除效率下降；在正电荷界面，n-TiO2通过静电引力促进重金属吸附，但有机污染物会削弱其稳定性。本书构建了“界面电荷-吸附构型”的跨尺度研究框架，量化了表面官能团的数量种类、溶液pH值等关键因子对多污染物共吸附效应的影响。该研究成果不仅深化了纳米材料环境效应的科学认知，更为工业废水处理、土壤修复等场景提供了“材料设计—工艺优化—风险管控”的全链条技术路径，可作为环境科学、材料科学及其交叉领域研究者的重要参考。
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| 目錄：
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第1章 绪论1
一、多污染物与环境界面2
二、多污染物界面交互的复杂性3
第2章 纳米材料概述7
第一节 纳米材料的定义与分类8
一、碳基纳米材料8
二、金属及金属氧化物纳米材料11
三、非金属纳米材料13
四、半导体纳米材料15
第二节 纳米材料的环境行为17
一、纳米颗粒的特性及运用17
二、纳米材料的环境效应21
第3章 典型环境污染物与纳米材料的交互作用25
第一节 典型无机污染物与纳米材料的交互作用26
一、纳米材料与典型无机污染物的交互作用方式26
二、交互作用对环境的影响和效应27
三、研究现状与展望28
第二节 典型有机污染物与纳米材料的交互作用28
一、纳米材料与典型有机污染物的交互作用方式29
二、交互作用对环境的影响和效应30
三、研究现状与展望31
第4章 纳米二氧化钛与典型污染物在负电荷表面的交互作用及机制33
第一节 n-TiO2及Cd2+在负电荷黏土矿物表面的交互作用及机制34
一、研究方案的设计36
二、研究方法37
三、研究结果与分析40
第二节 n-TiO2及TC在负电荷黏土矿物表面的交互作用及机制57
一、研究方案的设计58
二、研究方法59
三、研究结果与分析59
第三节 n-TiO2及Cd2+在负电荷多孔介质表面的交互作用及机制72
一、研究方案的设计73
二、研究方法73
三、研究结果与分析74
第四节 n-TiO2及TC在负电荷多孔介质表面的交互作用及机制89
一、研究方案的设计89
二、研究方法89
三、研究结果与分析90
第5章 纳米二氧化钛与典型污染物在正电荷表面的交互作用及机制103
第一节 n-TiO2及Cd2+在正电荷黏土矿物表面的交互作用及机制104
一、研究方案的设计104
二、研究方法105
三、研究结果与分析106
第二节 n-TiO2及TC在正电荷黏土矿物表面的交互作用及机制118
一、研究方案的设计119
二、研究方法119
三、研究结果与分析120
第6章 未来发展133
第一节 研究背景与核心挑战133
一、纳米二氧化钛环境应用的技术优势与全球治理需求133
二、环境介质复杂性的多维度解析134
三、现有研究范式的局限性分析135
四、复杂性研究的方法论突破方向136
第二节 基础研究深化：从微观机制到多尺度耦合137
一、复杂环境下交互作用机制的深度解析137
二、动态环境因子的时序性影响机制138
三、机制解析的技术前沿与挑战140
四、多尺度研究体系的构建与整合140
五、环境风险评估与管理：从科学认知到政策实践142
六、跨学科协同与人才培养：破解交叉领域研究瓶颈143
参考文献145
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| 內容試閱：
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在全球环境问题日益复杂的当下，纳米材料尤其是纳米二氧化钛（n-TiO2）因其独特的物理化学性质，在环境修复领域展现出巨大潜力，但其与典型污染物在环境界面的交互作用机制及环境效应，成为学术界和工业界共同关注的核心科学问题。本书聚焦于n-TiO2与无机污染物（如Cd2+）、有机污染物［如四环素（TC）］在正负电荷表面的交互作用，系统揭示其界面行为规律，旨在为纳米材料的环境安全应用提供理论支撑与技术路径。
环境介质的复杂性（如多污染物共存、动态环境因子波动）使得传统单一体系研究难以准确预测n-TiO2的实际环境行为。本书通过构建多维度实验体系，整合微观机制解析、介观行为表征与宏观效应评估，首次系统对比了正负电荷表面的交互作用差异，填补了跨界面机制研究的空白。
本书以n-TiO2与典型污染物的界面交互为主线，通过以下两部分展开研究。
（1）负电荷表面交互作用：以沸石、椰壳炭为代表，揭示Cd2+、TC与n-TiO2的拮抗作用机制。如在沸石表面，n-TiO2与Cd2+竞争—OH吸附位点，导致二者吸附量分别减少；而TC与n-TiO2通过氢键形成复合体，虽然促进了n-TiO2的吸附，但降低了其稳定性，脱附率增加。
（2）正电荷表面交互作用：以磁化高岭土为模型，发现n-TiO2对Cd2+的吸附具有促进作用，而TC对n-TiO2的稳定吸附态具有抑制作用，揭示了电荷反转条件下的协同-拮抗双重效应。
本书创新点体现在：提出界面电荷调控吸附竞争的普适性模型；发现n-TiO2与典型污染物的共吸附效应及二者复合体的环境归趋。
本书研究成果为纳米材料的环境安全评估提供了关键数据支撑。例如，在工业废水处理中，可通过调控pH值（如将体系调至n-TiO2等电点以下）增强对阳离子污染物的吸附；在土壤修复领域，利用磁化高岭土的正电荷特性，可设计“n-TiO2-重金属”定向吸附体系，降低重金属生物有效性。
本书研究承蒙山西省基础研究计划项目（项目编号：202103021223377）、山西省高等学校科技创新项目（项目编号：2021L525）、山西省高等学校教学改革创新项目（项目编号：J20241379）的资助，感谢课题组全体成员的辛勤付出。特别感谢西北农林科技大学资源环境学院、长治学院生命科学系提供的实验平台支持。
面对全球环境治理的迫切需求，纳米材料的环境行为研究仍需深化。我们坚信，本书的出版将为环境科学、材料科学及其交叉领域的研究者提供新的视角与方法，共同推动纳米技术向绿色、可持续方向发展。
王腾
2025年5月于长治学院
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