绿色纳米零价铁材料在环境修复应用中的改性技术探究

在坚持绿色低碳可持续发展的背景下,环境友好型材料已成为当前生态环境修复领域的研究热点。纳米零价铁（nZVI）由于具有高比表面积、强还原能力和绿色安全无毒等优点,在环境污染修复中应用前景广阔。本文系统总结了nZVI改性技术的最新研究进展并对其存在的相关问题进行了探讨,其中包括固体载体抑制nZVI团聚、物理化学法处理nZVI表面氧化壳层、nZVI掺杂贵金属改性、n ZVI表面硫化改性、大分子有机化合物修饰nZVI表面等,最后对nZVI技术应用的未来发展趋势进行了展望。     

纳米零价铁耦合黏土修复污染土壤的研究进展

黏土负载型nZVI具有低成本、易制备、环境相容性好、综合性能优越的特点.本文在归纳nZVI改性策略的基础上,比较了黏土种类对nZVI形貌和性能的影响,提出了理想黏土载体的优选顺序,分析了复合材料的铁含量、比表面积、nZVI尺寸等与去除性能之间的关系,对nZVI耦合黏土在修复土壤重金属、卤代有机物、硝酸盐、新型污染物等方面的研究进行了总结,并概述了nZVI技术在土壤修复中的负面效应,最后对nZVI耦合黏土修复污染土壤的未来方向进行了展望.     

生物炭负载纳米零价铁制备及修复六价铬污染土壤技术研究进展

近年来,纳米零价铁颗粒（nZVI）应用于Cr（Ⅵ）污染修复治理技术研究备受关注。生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@BC）作为纳米零价铁改性技术之一,具有低成本、易制备和修复效果优越等优点,但此技术应用于Cr（Ⅵ）污染土壤修复方面研究尚不多。生物炭（BC）主要通过植物秸秆热解生成,生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）则通过生物炭与纳米零价铁在热解-液相还原法或一步热解法合成。制备的nZVI@BC能够有效解决纳米零价铁团聚和钝化等缺点,显著提高纳米零价铁（nZVI）利用率。综述了生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）应用于修复Cr（Ⅵ）污染土壤反应机理和研究进展,总结出提升该材料性能的途径有:通过调整BC热解条件和改性BC以提升BC性能;适当的质量比（BC/nZVI）;使用聚乙二醇（PEG）、羧甲基纤维素（CMC）、污泥衍生的BC和茶多酚（TP）提高nZVI稳定性。nZVI@BC材料能够提高土壤中有机质含量,在Cr（Ⅵ）修复治理方面极具应用前景。     

可迁移性零价铁的制备及其活化过硫酸盐氧化修复石油污染土壤

纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐(PS)体系具有活性高、持效性长等潜在优势,在有机污染土壤修复领域具有良好的应用前景.然而,nZVI颗粒易于发生团聚和被空气氧化,在土壤中迁移性能和稳定性能较差,限制了其活化性能的发挥.本研究采用聚天冬氨酸(PASP)修饰和硫化改性技术,制备了可迁移的零价铁复合材料(PASP-S-nZVI),评价了PASP-S-nZVI的活化PS性能及其在石英砂填充介质中的迁移性能,优化了该材料活化PS降解土壤中石油烃的反应条件,并开展了土壤污染修复小试试验. SEM-EDS和XPS表征结果显示,PASP-S-nZVI材料为表面具有PASP涂层及硫铁化物(FeS_x)的零价铁.与未改性nZVI和S-nZVI相比,PASP-S-nZVI材料的悬浮稳定性、Zeta电位和电子利用率都显著增加,表明双重改性增加了nZVI的稳定性能.柱试验结果显示,PASP-S-nZVI具有较低的附着效率,其实际碰撞效率是S-nZVI的38.0%、nZVI的26.5%,在含水介质中的迁移性能显著增加,且增加程度与填充介质的粒径尺寸和水体pH有关.在优化的条件参数下,PASP...     

纳米零价铁在水处理中的应用研究综述

纳米零价铁(nZVI)作为最常用的纳米颗粒之一,在去除环境水体中的污染物方面开展了大量的研究。本篇综述通过系统全面地总结nZVI的相关进展,介绍nZVI的各个方面进而指导其发展方向。其中,研究内容主要包括制备方法、改性方式、去除不同水中污染物的作用机理和催化机理、在场地研究中的应用以及毒性作用机制。本文发现,纳米零价铁仍存在缺少综合评价方法、应用受限、各项研究不同步等问题。nZVI未来的发展,应具备考虑反应性、稳定性、迁移性、毒性的评价方法,避免同一改性材料在不同研究方向的时间差异性,让nZVI的应用更好地适用实地研究     

碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

近年来,纳米零价铁(nZVI)因具有比表面积大、还原能力强、成本低的特点被用于去除环境中的六价铬〔Cr(Ⅵ)〕,然而由于高表面能、固有磁力等因素的影响,nZVI具有易团聚、易氧化和不稳定的缺点,限制了其广泛应用. 鉴于此,本文以碳材料作为支持材料改性nZVI,比较了制备碳基nZVI复合材料的方法,分析了不同碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应效能,阐述了影响复合材料去除Cr(Ⅵ)的因素. 结果表明:①湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性,减少团聚. 热转化法合成的复合材料有利于节约成本,提高碳材料和nZVI的结合性. ②不同碳材料负载nZVI能有效提高nZVI的分散性、稳定性和抗氧化性. ③碳基材料负载nZVI能有效降低环境因素对nZVI的负面影响. ④碳基nZVI复合材料能提高对Cr(Ⅵ)的去除能力,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2～20倍. 本文旨在深入了解碳基nZVI复合材料的合成方法,提高碳基nZVI复合材料的性能,以期为开发高效稳定的碳基nZVI复合材料修复环境中的Cr(Ⅵ)提供一些启示.      

有机凹凸棒石负载纳米铁降解溶液中双酚A

采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)对凹凸棒石(ATP)进行有机改性,并负载纳米铁(nZVI)制备复合材料nZVI/OTAC/凹石(nZVI/OTAC/ATP)。利用扫描电镜对改性凹石负载纳米铁的条件进行优化,研究了BPA在复合材料上的吸附特性,考察了材料投加量、初始浓度、pH等因素对吸附的影响,实验结果表明:随着初始BPA质量浓度、复合材料投加量及溶液pH值的增加,nZVI/OTAC/ATP对BPA的吸附量逐渐减少;在nZVI/OTAC/ATP投加量为1.0 g/L、溶液pH为6.0、初始BPA质量浓度为20 mg/L、吸附温度为25℃的条件下,吸附量最高为13.4 mg/g。吸附BPA的等温曲线符合BET模型和Freundlich模型,为多层吸附。此外,复合材料采用加热溶液浸泡法具备一定的再生能力。     

纳米铁/石墨烯插层复合材料制备及Cr6+去除

近年来纳米铁(nZVI)技术用于废水处理受到广泛关注,因该技术具有廉价、高效、无二次污染等特点被认为是Cr~(6+)去除最有发展前景的方法之一。但nZVI技术在还原Cr~(6+)过程中因其颗粒微小易团聚、表面易钝化,导致nZVI的还原效力降低,限制了其在环境治理中的应用。为此,借用具有良好分散性的石墨烯为载体,设计nZVI纳米粒子插入石墨烯层间,构建新型纳米铁/石墨烯复合功能材料(G/nZVI)。通过探讨复合材料制备条件对G/nZVI去除Cr~(6+)效果的影响,优化制备过程,并利用红外光谱、XRD衍射光谱和TEM透射电镜技术对G/nZVI进行表层官能团、组成元素和表观形态进行研究;同时将G/nZVI应用于Cr~(6+)的去除效果分析。结果显示,将nZVI插层石墨烯片层结构可以有效地改善nZVI的分散能力,同时一定程度上提高了nZVI的抗氧化性,进而使Cr~(6+)的去除效果也得到很大提高。     

纳米零价铁催化过氧化氢强化修复4-氯硝基苯污染地下水的研究

化学氧化还原技术是快速修复受污染地下水的重要手段,为探明某污染场地地下水化学修复的可行性和有效性,通过FeSO4与NaBH4液相还原反应制备了纳米零价铁(nZVI)颗粒,对其进行了扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)形貌观测与分析表征.采用制备的nZVI,在常温常压下催化H2O2修复4-氯硝基苯(4-ClNB)污染地下水.考察了不同工艺反应条件对修复效果的影响,分析探讨了工艺对特征污染物的降解机制.结果表明,在温度30℃、初始pH值3.0、nZVI质量浓度268.8mg·L-1、H2O2浓度4.90 mmol·L-1时,nZVI催化H2O2工艺能在30 min内完全转化降解污染地下水中4-ClNB.通过GC/MS、LC/MS和IC鉴定得到4-ClNB降解的主要中间产物,包括4-氯亚硝基苯、4-氯羟基苯胺、4-氯氧化偶氮苯、4-氯偶氮苯、4-氯苯胺、对苯醌、甲酸、乙酸、草酸和氯离子等,并在此基础上给出了4-ClNB可能的降解途径.     

硫化纳米零价铁对PCB153的降解研究

硫化纳米零价铁(S-nZVI)是近年来兴起的一种纳米零价铁改性材料,已有研究发现其在重金属污染物去除方面具有较好的效果,而有关其对多氯联苯(PCBs)的反应活性目前尚未见报道.因此,本研究对比了采用前置硫化合成法制备的S-nZVI(S/Fe=0.103)、纳米零价铁(nZVI)和羧甲基纤维素稳定纳米零价铁(CMC-nZVI)3种纳米零价铁材料降解六氯联苯PCB153的反应动力学,研究了pH值、阴离子、腐殖酸(HA)等因素对该反应的影响,分析了反应前后材料表面性质的变化,探讨了脱氯路径和反应机理.结果表明,3种纳米零价铁材料对PCB153的降解反应符合准一级动力学,降解机理相似,降解效果依次为CMC-nZVInZVIS-nZVI.硫化改性降低了nZVI去除PCB153的反应活性,S-nZVI表面的硫铁化物并未直接参与PCB153降解反应,S-nZVI反应活性低的原因可能是硫铁化物的形成损耗了一部分Fe~0的还原能力.此外,与CMC-nZVI、nZVI不同,高pH更有利于S-nZVI对PCB153的降解,阴离子和HA对3种纳米零价铁活性的影响规律相似.研究结果可为S-nZVI在持久性有机污染物降解中的应用提供理论依据和技术支持.     

纳米零价铁还原溴代阻燃剂的进展研究

地表水、地下水和土壤污染是当今社会人类生存面临的主要问题.由于溴代阻燃剂的广泛应用以及它们的难降解性、毒性和蓄积性等特性,成为水体和土壤的严重污染源.纳米零价铁比表面积大、还原性强、价格低廉且毒性小,通过零价铁有效还原转化来降低溴代阻燃剂的毒性是一项有前景的环境修复技术.对纳米零价铁的制备、改性和环境应用进行了介绍,系统探讨了纳米零价铁还原溴代阻燃剂的研究成果和现状,并对其发展前景进行了展望.     

Environmental application and ecological significance of nano-zero valent iron

Toxicity studies considering both the bare and stabilized forms of zero valent iron nanoparticles (nZVI) could be timely, given that ecological risks identified are minimized through modification or with substitution of approaches in the synthesis, development and environmental application of the nanoparticles before succeeding to volume production. This review is focused on the fate, transport and toxicological implications of the bare nZVI and surface modified particles used for environmental applications.     

纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解

纳米零价铁及其双金属材料因比表面积大、反应活性高,已被大量应用于地下水中卤代有机污染物、无机盐和重金属的处理,而将纳米零价铁铜双金属(Cu/n ZVI)应用于四氯双酚A(TCBPA)污染土壤的修复却鲜见报道.本文以Cu/nZVI为反应材料,探究了TCBPA起始浓度,Cu/n ZVI投加量、p H、温度等因素对土壤中TCBPA降解率的影响.批实验结果表明:反应温度为25℃,经过360 min的反应后,0.30 g的Cu/n ZVI对土壤中0.8 mg·g~(-1)TCBPA的降解率可达85%以上.Cu/n ZVI对土壤中TCBPA的降解率随TCBPA初始浓度的增加而降低,随Cu/n ZVI投加量的增加而升高,随土壤初始p H的增加而降低,Cu/n ZVI对TCBPA的降解在常温条件下即可有效的进行.Cu/nZVI对TCBPA的降解遵循准一级反应动力学模型.GC-MS结果表明,Cu/n ZVI降解TCBPA是一个逐步还原脱氯的过程.     

Microbes team with nanoscale zero-valent iron: A robust route for degradation of recalcitrant pollutants

Integrating nanoscale zero-valent iron (nZVI) with biological treatment processes holds the promise of inheriting significant advantages from both environmental nano- and bio-technologies. nZVI and microbes can perform in coalition in direct contact and act simultaneously, or be maintained in separate reactors and operated sequentially. Both modes can generate enhanced performance for wastewater treatment and environmental remediation. nZVI scavenges and eliminates toxic metals, and enhances biodegradability of some recalcitrant contaminants while bioprocesses serve to mineralize organic compounds and further remove impurities from wastewater. This has been demonstrated in a number of recent works that nZVI can substantially augment the performance of conventional biological treatment for wastewaters from textile and nonferrous metal industries. Our recent laboratory and field tests show that COD of the industrial effluents can be reduced to a record-low of 50 ppm. Recent literature on the theory and applications of the nZVI-bio system is highlighted in this mini review.