纳米零价铁的制备技术及其应用研究进展

纳米零价铁(nZVI)因具有还原性强、粒径小、比表面积大等特性,对重金属及含卤有机污染物等具有良好的吸附特性和反应活性,在环境修复方面表现出较好的应用前景。但nZVI易氧化、团聚和机械强度低等不利因素限制了其大规模应用。系统比较了机械法、气体冷凝法及还原法制备nZVI技术的特点,重点总结表面改性、金属改性、载体负载和基质封装等手段制备改性nZVI的研究进展,及其在水体及土壤环境修复方面的应用。     

由高炉废泥提纯制备纳米级零价铁

以高炉瓦斯泥为原料,经气相还原气氛煅烧及液相提纯步骤制取铁盐溶液,再采用液相还原法,在有分散剂及包覆剂存在的条件下制备出纳米铁颗粒。利用X射线衍射和扫描电子显微镜测试颗粒的结构和形貌,结果表明,试验成功的制取了形状均匀,表面平滑的球状纳米铁颗粒。     

纳米零价铁制备与应用的研究进展

近年来纳米零价铁因其比表面积大、表面活性高、还原性强、原材料丰富易得等优势而在废水处理中备受关注,是目前研究的热点。但其在实际应用中存在易团聚和易氧化等问题,因此需要采用适当的方法对纳米零价铁进行改性。该文主要介绍纳米零价铁的制备、改性方法、在废水处理中应用的研究进展,包括常用的制备方法和通过不同的机制降解各类环境污染物(如重金属、有机卤代物、硝酸盐、磷酸盐等);介绍了纳米零价铁在实际应用中尚需解决的问题及未来研究方向,应该着重于改进或者开发新制备方法以降低成本和拓展应用范围。     

零价铁脱氯还原多氯联苯的研究进展

多氯联苯(PCBs)是环境中广泛存在的一种典型的持久性有毒有机污染物,对人类和环境产生了许多不利影响。近年来,零价铁技术作为化学修复PCBs污染介质的一种有效方法,具有较好的应用前景。文章综述了国内外应用零价铁技术对环境介质中PCBs污染物脱氯还原的研究进展,介绍了铁粉、纳米铁、铁钯双金属降解PCBs的反应以及影响因素的研究,指出了目前利用零价铁技术降解PCBs研究存在的问题,并对今后零价铁脱氯还原技术治理土壤或沉积物中PCBs污染物的实际应用提出了展望。     

硫化零价铁的制备及去除头孢噻肟机理研究

采用后置硫化法制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI),并采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等方法表征了材料表面形貌及元素化学形态等特性.同时,以头孢噻肟为目标污染物,考察了S-nZVI对其去除效率及去除机理等.结果表明,S-nZVI颗粒呈球形,平均粒径为56 nm,材料表面形成一层不连续的低密度FeS/FeSn.硫化率、Fe~(2+)和溶液p H均能影响S-nZVI对头孢噻肟的去除.S/Fe=1/4(质量比),S-nZVI投加量为0.5 g·L~(-1),溶液pH为8时,120 min内头孢噻肟的去除率为82.2%,远大于nZVI的去除率(23.4%).最后,采用液相色谱-电喷雾质谱分析了头孢噻肟的降解产物,发现头孢噻肟的降解主要是由酯基取代反应和内酰胺键的开环反应引起的.     

零价铁用于水中氯代有机物还原脱氯的现状与发展

综述了零价铁作为氯代有机物的发展状况,零价铁、纳米零价铁、含铁双金属体系及固定态双金属体系还原脱氯机理、应用现状、存在问题及其未来发展趋势。     

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.     

纳米零价铁的制备及其在环境中的应用进展

纳米零价铁比表面积大、表面能高、还原性强,对环境污染物具有良好的去除效率,是目前国内外研究的热点。对纳米零价铁的常规物理、化学制备方法及一些新型制备方法进行了详细介绍,总结了纳米零价铁在环境领域的最新应用进展。重点探讨了提高纳米零价铁反应效率而采用的最新方法和技术,如表面修饰(表面改性、固体负载、纳米双金属)、纳米零价铁与芬顿反应、超声、电场、磁场等技术应用耦合等。提出了纳米零价铁在环境领域中尚存在的科学问题,并对该技术的应用前景进行了展望。     

零价铁去除三氯乙烯及四氯乙烯对比实验研究

文章以三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)为目标污染物,采用批实验方法,研究零价铁的纯度、粒径、投加量对零价铁去除氯代烃的影响,同时分析TCE、PCE两种污染物共存对零价铁去除TCE和PCE的影响。实验结果表明:(1)在实验范围内,零价铁的纯度越高,粒径越小,投加量越大,零价铁对TCE和PCE的去除效果越好;(2)零价铁对四氯乙烯的去除效果比对三氯乙烯的去除效果好;(3)三氯乙烯、四氯乙烯共存时会相互竞争与零价铁的反应位点,从而降低各组分的去除效率。     

零价铁处理污水的机理及应用

介绍了零价铁的性质及其处理污水的机理,概述了零价铁在处理含重金属、染料、多氯化合物、生物难降解有机物等废水的应用状况,评述了零价铁处理废水的特点及应用前景。      

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.     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.     

纳米铁去除废水中硫离子的研究

研究了实验室自制的纳米铁对人工配制的含硫废水中S2-吸附的影响因素、吸附等温线、吸附动力学.并对纳米铁去除S2-的机制进行了初探.结果表明.增加纳米铁的投加量能增大S2-的去除率;增加初始S2-浓度,去除率下降,<100 mg·L-1的初始S2-浓度能被10 g·L-1纳米铁完全去除;纳米铁对S2-的吸附能力随pH值的升高而下降.且变化较大,pH为2、7、13时的去除率分别为87.34%、65.80%和44.61%;25℃时纳米铁对S2-的吸附能力最强,平衡吸附量为19.17 mg·g-1;温度升高或降低,吸附能力均下降,但变化不大;纳米铁对S2-的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程;纳米铁吸附S2-的过程符合拟二级动力学方程,初始时刻的吸附速率h在25℃最大,为1.575 3 mg·(g·mg)-1,而吸附速率常数随温度的升高而增大;吸附反应的活化能E.为8.22 kJ·mol-1;纳米铁对S2-的去除主要是通过形成表面络合物、硫氢基氧化铁和硫化铁(FeS、FeS2、FeSn)沉淀吸附在纳米铁表面来去除.     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

零价铁还原和吸附去除水中污染物的研究进展

近年来,零价铁以其低毒、廉价、易操作且对环境不会产生二次污染等优点,在水污染治理中受到重视。文章介绍了零价铁处理污水的机理,对利用零价铁的还原和吸附作用去除污水中的氯代有机物、硝基芳香族化合物、偶氮染料、重金属、高氯酸盐、硝酸盐等的研究情况进行了综述,指出了零价铁废水处理技术的研究方向。     

零价铝还原处理偶氮染料活性蓝222废水

为有效处理难生物降解的碱性偶氮染料废水,以典型偶氮染料RB222(活性蓝222)为处理对象,在碱性条件下直接采用零价铝进行还原处理,并系统评价了溶液pH、反应温度以及零价铝粉投加量等因素对偶氮染料分子降解效果的影响. 结果表明:随着pH从7.00增至12.00,脱色率从62.6%升至98.4%;零价铝粉投加量从5 g/L增至50 g/L,脱色率从90.8%升至98.8%. 零价铝还原处理偶氮染料最优条件:温度为60~80 ℃,零价铝粉投加量为10~25 g/L,体系pH为11. 在该条件下,经过2 h处理,脱色率超过99%,溶液可生化性〔ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)〕从0.169升至0.386,易于后续生化处理. 电喷雾电离质谱(ESI-MS)和傅立叶变换红外线光谱分析仪(FTIR)分析表明,偶氮染料中—NN—(偶氮键)被破坏,还原产物中有苯胺类小分子. 根据试验结果推测偶氮染料的还原路径:水中的质子接受零价铝表面的电子生成活性氢,活性氢攻击—NN—,将偶氮化合物还原裂解成易于生物降解的苯胺类小分子物质. 通过处理江苏某地所取得的实际印染废水,废水的可生化性从0.126升至0.388,提高明显.      

地下水中常见离子对纳米零价铁除Se（Ⅳ）动力学的影响

采用间歇实验对纳米零价铁(nZVI)除四价硒(Se(Ⅳ))进行实验性研究,考察了地下水中共存离子对nZVI除Se(Ⅳ)动力学的影响.结果表明,在厌氧条件下,当nZVI投加量为0.1 g·L-1,Se(Ⅳ)浓度为100μmol·L-1,NaCl浓度为0.01 mol·L-1,pH=7.0,T=25℃±1℃时,投加CO2-3或SO2-4浓度为1 mmol·L-1、腐殖酸(humic acid,HA)为5 mg·L-1时,明显抑制了Se(Ⅳ)的去除.投加0.5 mmol·L-1Ca2+或Mg2+时,对除Se(Ⅳ)影响不大;而Ca2+(3 mmol·L-1)、Mg2+(3 mmol·L-1)时,Se(Ⅳ)的去除效率明显下降.未加共存离子时,Se(Ⅳ)在20 min时基本去除完,共存离子存在的情况下,nZVI对Se(Ⅳ)的去除率在30 min时达到100%.反应过程中二价铁(Fe2+)随着Se(Ⅳ)的去除趋于平稳.ORP在反应过程中快速从正值下降至负值,由此说明nZVI除Se(Ⅳ)的过程发生了还原反应.     

有机蒙脱石负载纳米铁去除溶液中四溴双酚A的研究

研究了改性蒙脱石负载纳米铁材料(NZVI-CMT)在甲醇-水体系中对四溴双酚A(TBBPA)的去除作用,并确定了反应温度、TBBPA初始浓度以及材料投加量等因素对去除效果的影响.结果表明,在25℃条件下,0.02 g NZVI-CMT对初始浓度为10 mg·L-1TBBPA溶液的去除率可达97.5%,而且NZVI-CMT对TBBPA的去除率明显高于两种单一材料即纳米零价铁(NZVI)及有机蒙脱石(CMT)的去除率(18.3%、67.3%),同时也大于两者之和(85.6%).利用NZVI-CMT对TBBPA进行重复去除实验时,前3次的去除率均可达到90%以上.通过检测降解产物并分析材料对TBBPA去除过程的特性,发现NZVI-CMT对TBBPA的去除以吸附为主,并伴有少量还原脱溴反应发生,而且较高的反应温度对降解反应有利.     

电活性微生物激活生物质炭/零价铁协同钝化Cr(Ⅵ)及机制

纳米零价铁（nZVI）具有对六价铬［Cr（Ⅵ）］还原去除能力,但其存在易老化和易团聚的问题,会大大降低对Cr（Ⅵ）反应活性.本文将具有异化铁还原能力的MR-1引入到老化生物质炭负载纳米零价铁（nZVIB）除Cr（Ⅵ）的反应体系中.研究厌氧条件下老化后nZVI/B与MR-1之间对Cr（Ⅵ）去除存在的协同效应机制,以及反应体系中pH条件,初始Cr（Ⅵ）浓度和MR-1菌浓度对这种协同效应的影响.结果表明,在pH为7时体系有明显协同效应,去除率提高51.3%.并且该协同效应随初始Cr（Ⅵ）增加而减弱,随着MR-1浓度增加而增强.固相分析结果表明Cr（Ⅵ）主要以还原为Cr（Ⅲ）的形式被固定.MR-1的异化铁还原能力起到了重要的作用,通过零价铁表面铁氧化物老化层还原,为反应体系提供了大量还原性的Fe（Ⅱ）,同时也释放了内部nZVI的反应活性位点,而生物质炭不仅分散了nZVI还介导MR-1的胞外电子传递过程,从而增强了体系对Cr（Ⅵ）协同钝化能力.本研究为有效解决nZVI长期使用过程中的老化问题提供了新思路.