近年来,生物炭作为高效土壤修复剂、土壤改良剂和固碳增汇的材料,受到了广大研究者的青睐。然而,生物炭的大量使用引起一些潜在的环境风险,比如影响环境介质如土壤结构或天然环境物质等的化学/生物过程,甚至改变土壤中营养物质和一些有毒污染物的迁移和转化行为。其中,生物炭中含有的微纳米颗粒由于其高迁移性和强吸附能力可能促进污染物在土壤和地下水中的迁移。生物质原料对生物炭的结构性质具有巨大影响,同样也可能影响生物炭微纳米颗粒的组成结构及环境稳定性,进而影响对污染物的迁移。本论文首先在500℃热解温度下制备一系列不同生物质来源的生物炭,通过沉降和离心的手段提取生物炭微纳米颗粒,借助XRD、SEM、TEM等多种方法测定生物炭微纳米颗粒的理化性质和化学结构,并通过TR-DLS的手段研究其环境稳定性,主要实验结果如下:(1)生物炭微米和纳米颗粒在不同生物质来源的生物炭分布较广,在所研究的5类9种生物炭中,微米和纳米颗粒产率分别为1.43-20.5%和0.99-15.3%,水力学半径分别约在70-1000nm和20-100nm。其中,禾本类生物炭含有最高比例的微米和纳米颗粒。与原始生物炭相比,生物炭微纳米颗粒含有丰富的含氧官能团与矿物质组分,但是所含共轭芳香结构更少。植物类生物炭的微纳米颗粒比粪便和污泥类生物炭微纳米颗粒含有更多的含氧官能团和芳香共轭结构,但是后者含有更丰富的矿物质组分,如碳酸盐、磷酸盐和硅铝酸盐。(2)生物炭微纳米颗粒的稳定性受粒径和生物质来源影响。生物炭微米颗粒的Zeta电位比微米颗粒高1.73-13.4 mV。植物类生物炭微纳米颗粒的Zeta电位可高于固体废弃物约20 mV。秸秆生物炭微纳米颗粒在高浓度的NaCl溶液中保持电动学稳定,但是污泥和牛粪生物炭微纳米稳定性随着NaCl溶液浓度的增大逐渐减小,其微米颗粒临界絮凝浓度(CCC)分别为200 mM和75 mM。纳米颗粒的团聚行为与微米相似,但纳米颗粒的CCC值高于微米颗粒约25 mM。生物炭微纳米颗粒表面官能团和矿物含量不同是造成其稳定性差异性和不均匀性的主要原因。(3)土壤黏土矿物影响着生物炭微纳米颗粒的团聚行为,带负电的高岭土胶体通过静电斥力提高了生物炭胶体的稳定性。混合体系的CCC值最高可达305 mM,远高于原始高岭土的CCC值75 mM,生物炭和高岭土的混合大大提高了体系对抗离子强度的稳定性。Zeta电位的增大证明了混合体系稳定性的增强符合静电斥力的变化。生物质源同样影响与高岭土异相团聚行为,其中秸秆生物炭与高岭土的混合体系具有最高的CCC值。(4)土壤中天然金属氧化物与生物炭胶体的团聚行为受两者比例的影响。生物炭胶体和带正电的针铁矿胶体混合体系随生物炭浓度的增加经历脱稳然后再次稳定的过程。生物炭胶体表面含氧官能团与针铁矿矿物发生相互作用,包裹针铁矿胶体,电荷的中和促进了体系的团聚;随着生物炭浓度的不断增大,生物炭包裹针铁矿形成的复合体达到较大的表面负电荷,从而使体系重新达到稳定。生物质来源同样影响与高岭土异相团聚行为,秸秆生物炭和牛粪生物炭由于较高的离子含量而影响了高生物炭浓度下稳定体系的形成。本研究通过不同粒径和生物质源生物炭微纳米颗粒的结构组成和胶体行为的研究,揭示了生物炭微纳米颗粒复杂的结构和环境稳定性,探明了生物炭胶体与环境因子的复杂的团聚行为,这为我们预测生物炭微纳米颗粒的归趋和环境风险提供了基础。