铁氧化物纳米颗粒（NPs）具备位点丰富、反应活性高、相对廉价、环境友好等优势,在水处理中应用潜力巨大,可特异性吸附五价砷（As（Ⅴ））等阴离子污染物,但面临易团聚失活、难操作、难以重复利用、潜在环境风险等工程应用瓶颈。研制毫米级聚合物基纳米复合材料是推进NPs实用化进程的重要手段,已被证明可显著提高纳米材料的稳定性、可操作性及环境安全性。目前常见的聚合物基纳米铁氧化物存在NPs粒径分布宽、均一性不足、位点可利用性较差等缺陷,这主要与常用聚合物载体孔径分布宽及“原位生长法”形成NPs时易堵塞载体孔道有关。目前已有关于负载型纳米铁氧化物净污过程尺寸效应的定性研究,但难以建立负载型NPs粒径与其物理化学性质及净污性能的定量关系,使得此类材料的结构优化缺乏科学依据与方法指导。本文首先研究了赤铁矿NPs（3 nm、7 nm与18×90 nm）除砷过程的尺寸效应。动态光散射（DLS）结果表明,NPs在水中出现了严重的团聚现象,三种纳NPs的水力学半径依次为208、105及153 nm。吸附等温线结果表明,小尺寸NPs并未发挥出吸附优势;X射线光电子能谱（XPS）结果表明,三种NPs的氧空位（Fe-OH）比例差异较小,可能是NPs的团聚导致活性位点及表面原子比例下降,因而难以体现小粒径NPs高反应活性的优势。为克服NPs易团聚等应用瓶颈,本文开发了一种新的纳米复合材料制备方法—闪速冷冻铸造法,通过将铁氧化物NPs与聚合物溶液共混后利用闪速冷冻引发微相分离,获得毫米级聚苯乙烯基Fe2O3纳米复合材料。复合材料孔径分布窄,孔结构丰富。透射电子显微镜（TEM）与扫描电子显微镜（SEM-EDS）说明包覆其中的赤铁矿（α-Fe2O3）NPs分布均匀且分散良好。此外,该法还可方便实现对复合材料中NPs负载量、形貌、尺寸等关键结构的调控。本文进一步定量研究了负载型NPs除砷过程的尺寸效应。氮气吸附脱附结果表明,随着NPs尺寸减小,复合材料孔结构变丰富;Zeta电位测定和电位滴定结果表明,负载型赤铁矿NPs表面的质子化或去质子化作用位点数随着尺寸减少而增多;通过格氏图定量分析可知,NPs比表面积越大,表面活性位点密度越大。吸附动力学和等温线结果显示,负载型纳米颗粒尺寸越小,吸附速率越高,对污染物的吸附亲和力越强。XPS Ols分析结果表明,负载型纳米颗粒尺寸越小,氧空位（Fe-OH）比例越高,对As（V）吸附亲和力越强。溶液pH对纳米复合材料的吸附容量影响显著,其最适pH范围为4-6,且负载型NPs吸附除砷的尺寸效应在较宽pH范围内（pH 4-8）均有效。负载型NPs的脱附效果与尺寸也有密切关系,具体表现为NPs尺寸越小越易脱附,这与小尺寸NPs表面氢氧根结合位点较多有关。此外,3 nm-Fe2O3@PS的最大吸附量（Qm）约为新鲜制备的3 nm-Fe2O3 NPs的2倍,或为储存3天的NPs的3倍;负载型3 nm-Fe2O3 NPs的氧空位比例（96.5%）是非负载型3 nm-Fe2O3 NPs（26.7%）的3.6倍,说明本研究所得复合材料可有效分散NPs,使其充分暴露表面的活性位点,尽可能发挥其吸附优势。为了强化纳米复合材料Fe2O3@PS的可实用性,本文还对聚苯乙烯基体进行亲水性修饰,获得氨基化聚苯乙烯基3 nm Fe2O3复合材料（3nm-Fe2O3@NS）。通过接触角测定和吸附动力学试验可知,功能基化可显著提升纳米复合材料的亲水性与吸附速率,对吸附容量几乎无影响。