随着人们对纳米材料(Nanomaterials，NMs)的特性认识愈加广泛深入，越来越多的NMs被应用到工业和日常消费品中，其中碳纳米材料(Carbonnanomaterials，CNMs)和纳米银(AgNPs)是使用最多的几种NMs。随着使用量和种类逐年增长，它们会不可避免地释放到环境当中，成为潜在的污染物。因此，NMs在水环境中迁移转化、归趋及毒性，已经成为近十年来环境健康和安全领域重要的研究课题。　　NMs的环境行为和效应除了受颗粒本身性质影响之外，还受多种环境因素的影响。其中，天然有机质(Natural organic matter，NOM)是水环境介质的重要组成部分。由于具有复杂的化学组成和丰富的官能团，而且其典型浓度范围通常比NMs浓度范围高若干个数量级，NOM极易与释放到水体中的NMs发生反应，从而改变NMs的性质和迁移转化等环境行为。但是，由于NOM是一类由分子量(Molecular weight，MW)跨度极大的聚合物构成复杂体系，其官能团构成、表面电荷、物理结构、化学组成和光学性质等随MW变化极大。因而，研究NOM异质性对NMs的环境行为和归趋的影响，对评估其生物有效性和毒性并评价其环境风险具有十分重要的意义。此外，环境中共存的不同价态金属阳离子也可能对NOM和NMs的物理化学性质，进而对NMs在水环境中的迁移转化行为产生影响。本文针对水环境NOM分子量异质性及其对纳米富勒烯(nC60)和AgNPs的物理化学转化及毒性的影响展开了一系列研究，主要包括以下几个部分:　　首先，我们利用超滤离心法将未分级的萨旺尼河NOM(Pristine-SRNOM)按MW分级，得到＜3 kD、3-10 kD、10-30 kD、30-100 kD和＞100kD五个组分(Mf-SRNOMs)，发现其官能团、生色团丰度和光谱性质等随MW变化显著;采用0.125-4.0 mmol L-1 Ca(ClO4)2和0.25-8.0 mmol L-1 NaClO4对Pristine-和Mf-SRNOMs进行处理，并考察Ca2+/Na+离子存在下，Pristine-和Mf-SRNOMs的光谱性质的变化。结果发现，Ca2+/Na+离子对Pristine-和Mf-SRNOMs的紫外光区吸光度、荧光量子产率等有不同程度的影响。其中，高浓度Ca2+对＞100kD和30-100 kD等高MW组分的影响最大，具体表现为:促使这些MW组分的紫外光区吸光度显著降低、荧光量子产率明显提高。本部分研究说明，NOM的物理化学性质不仅随MW变化而显著改变，而且受环境常见金属阳离子的影响，且不同MW组分受影响程度变化显著。　　然后，我们研究了4mgC L-1的Pristine-和Mf-SRNOMs在光照条件下产生活性氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)的过程，并系统考察了Ca2+、Na+存在下，对Mf-SRNOMs生成ROS过程的影响。结果显示，光照条件下Pristine-和Mf-SRNOMs生成的单线态氧(1O2)、羟基自由基(·OH)的稳态浓度([1O2]ss和[·OH]ss)与随MW增大而升高的吸光度和芳香性有良好的正相关。其中，这主要是由于高MW组分具有更高的吸光度和芳香烃含量。然而，Pristine-和Mf-SRNOMs（除＜3 kD组分之外）的1O2量子产率(Φ1O2)基本随MW降低而升高、与芳香性呈负相关，说明低MW组分具有更高的光敏性和生成1O2的能力。Ca2+和Na+（阴离子ClO4-在光照条件下稳定）对Mf-SRNOMs中[1O2]ss和[·OH]ss的影响表现为(1)对各组Mf-SRNOM中的[1O2]ss和[·OH]ss都具有削弱作用但程度不同;(2)相较于Na+，Ca2+对同一Mf-SRNOM中的[1O2]ss和[·OH]ss具有更强的削弱作用;(3)对高MW组分Mf-SRNOMs中的[1O2]ss和[OH]ss削弱程度更大。我们的研究表明，地表水NOM中ROS的生成与依赖于其MW变化的光谱性质显著相关，而且二价或多价金属阳离子会显著降低高MW组分NOM中ROS稳态浓度。因此，在研究由ROS介导的NOM光降解环境污染物的过程时，需要考虑环境介质相关要素的影响。　　在考察了Pristine-SRNOM基于MW差异的光谱性质和光化学过程的异质性之后，我们进一步研究了Pristine-和Mf-SRNOMs对典型纳米材料nC60在一价(Na+)和二价（Ca2+和Mg2+）电解质中团聚行为的影响;分析了在不同种类和浓度的电解质存在下， nC60的初始团聚动速率（k）、附着系数（a）和电解质临界絮凝浓度(CCC)与Mf-SRNOM的MW、结构和官能团等特性的相关性。研究发现无论在一价或二价的低浓度电解质溶液中，随着Mf-SRNOMs分子量的增大，nC60分散稳定性显著提高。在高浓度电解质溶液中，Mf-SRNOMs对nC60团聚行为的影响随着电解质价态变化而显示出差异性，即在高浓度Na+溶液中，nC60的稳定性与Mf-SRNOMs的MW仍呈现正相关;但在高浓度Ca2+和Mg2+存在下，大多数Mf-SRNOMs可增强nC60的团聚;其中＞100kD和30-100 kD等高MW组分对nC60团聚的增强作用尤为显著。各部分结果综合显示，高分子量的Mf-SRNOMs对nC60在一价和二价电解质中的团聚行为影响显著不同。本研究表明:Mf-SRNOMs随MW升高而增大的空间位阻效应是抑制nC60在电解质溶液中团聚的首要因素。但是Mf-SRNOMs与二价金属阳离子之间存在络合及桥连作用且随MW升高而增强。因而，MW越高的Mf-SRNOM组分在高浓度二价电解质存在下，与， nC60产生的共团聚现象越明显。　　本文最后一部分深入研究了AgNPs在水环境中物理化学转化的高度动态性可能对大型蚤(Daphnia magna)急性毒性评价带来的影响。尽管已有研究表明AgNPs对D.magna等水生生物具有急性毒性，但不同形态银在AgNPs急性毒性中的贡献仍不明确，光照下NOM还原Ag+生成AgNPs的过程对D.magna急性毒性的影响尚待深入研究。本研究发现，AgNPs在传统急性毒性暴露基质(OECD、EPA推荐基质）中会发生不可控、持续性的物理化学转化，导致实验测得的AgNPs对D.magna的急性毒性（半数致死浓度，LC50）偏离真实值，无法识别不同形态银对AgNPs急性毒性的贡献。为此，我们发展了一种能够降低AgNPs在大型蚤急性毒性暴露过程中发生物理和化学转化的新基质:，0.1 mmol L-1 NaNO3（pH7.8±0.2由NaOH调节）体系，对D.magna进行8-h暴露。实验选用7种具有不同表面包裹剂和粒径的AgNPs对D.magna急性毒性进行考察，计算了8-hLC50表观总银浓度并测定了8-h LC50条件下的不同银形态浓度。结果表明，自由溶解态银离子是AgNPs中对D.magna产生急性毒性的最本质银形态;粒径、包裹剂等仅是影响AgNPs的急性毒性的表观因素，它们最终通过影响自由溶解态银离子的浓度而影响AgNPs的毒性。利用新型暴露基质进一步评价了光照条件下NOM还原Ag+生成AgNPs过程对D.magna的急性毒性变化，发现随着AgNPs的生成，总银含量表示的对D.magna的急性毒性逐渐降低，但总银离子（其中自由溶解态银离子含量＞93％）对D.magna的LC50值稳定不变，说明NOM参与的Ag+-AgNPs这一环境动态体系对D.magna的急性毒性来自自由溶解态银离子。