纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略

纳米零价铁直接还原降解有机污染物运行长效性差,且不能矿化有机污染物.利用纳米零价铁还原活化分子氧生成活性氧物种可以氧化甚至矿化有机污染物.在最近的研究中,作者提出了纳米零价铁活化分子氧的双途径机理,即铁核电子转移到氧化铁壳表面的双电子还原活化分子氧途径和氧化铁表面结合态亚铁离子的单电子还原活化分子氧途径,阐释了纳米零价铁核壳结构依赖的分子氧活化降解有机污染物性能机制及性能增强策略.证实在纳米零价铁活化分子氧体系添加少量亚铁离子能在零价铁表面形成更多的结合态亚铁,显著增强纳米铁表界面活性氧物种生成量;同时,在纳米零价铁活化分子氧体系中引入少量有机或无机配体亦可提高活性氧物种产生效率,从而增强有机污染物降解性能.最后讨论了典型环境因素如pH值、共存离子、天然有机物等影响纳米零价铁活化分子氧降解有机污染物性能的规律.     

纳米零价铁与重金属的反应:“核-壳”结构在重金属去除中的作用

重金属是一类毒性较高、处理难度较大的环境污染物.纳米零价铁因为具有高效分离、固定重金属的潜能而受到广泛关注.其独特的纳米级核壳结构和表面性质使纳米零价铁能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去除重金属.现代仪器分析手段的进步,特别是高分辨电子显微成像技术的发展,为深入研究纳米零价铁的微观结构以及纳米零价铁与重金属的作用机理开辟了新的视角.本文重点讨论了纳米零价铁的结构、性质及其在重金属去除中的作用.研究借助高分辨率的球差校正扫描透射电镜(Cs-STEM)成像,配合高灵敏度的X射线能谱仪(XEDS)进行化学分析,旨在更好地了解纳米零价铁的精细结构及其与重金属的界面反应过程和机理.在深入理论研究的同时,通过"小试—中试—工程"逐级放大的方法,系统论证了纳米零价铁处理重金属废水的可行性.结果表明,纳米零价铁可有效、同步去除实际废水中铜、砷、铅、锌等多种重金属,并具有较高的去除负荷.     

纳米零价铁对水中砷和硒去除的比较研究

采用纳米零价铁去除水中的砷和硒,考察了不同溶解氧、纳米零价铁投加量、接触时间以及溶液初始pH值等条件下纳米零价铁去除水中砷和硒的效果,并比较了反应前后固体的形貌、组成、溶液pH值及反应机制.结果表明,纳米零价铁可广泛用于去除水中的砷/硒污染,去除效果顺序依次为Se（IV）> As（Ⅲ）> Se（VI）> As（V）;水中溶解氧（DO）对As（Ⅲ）和Se（IV）的去除没有显著的影响,而高浓度的DO对As（V）和Se（VI）的去除产生了一定的抑制作用;增加纳米零价铁投加量可促进砷和硒的去除;溶液初始pH值对纳米零价铁去除As（Ⅲ）,As（V）和Se（VI）的影响较大,而对Se（IV）的去除几乎没有影响;反应后固体的形貌、组成及溶液pH值存在差异.纳米零价铁与砷、硒反应机理的不同造成了去除效果及反应后固液两相的差异.     

纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展

重金属离子危害严重.本文综述了近几年纳米零价铁去除水中重金属离子的研究,总结了纳米零价铁去除水中重金属离子的机理,主要包括:纳米零价铁的表面吸附-配合、还原、吸附-还原,并对纳米零价铁在这一领域的应用进行了展望.     

硫化纳米零价铁研究进展: 合成、性质及环境应用

纳米零价铁(nanoscale Zero-Valent Iron, nZVI)是水环境修复领域研究最广泛的材料之一, 但易团聚和氧化、电子选择性差等缺点制约了其实际应用. 对nZVI表面进行硫化制备成硫化纳米零价铁(Sulfidated nanoscale Zero-Valent Iron, S-nZVI), 能够提高纳米颗粒的分散性能、增强稳定性, 提高电子选择性, 已成为目前研究热点. 本综述以“合成方法—理化性质—应用性能”为主线展开论述, 首先总结了不同的硫化方法对S-nZVI理化性质的影响, 重点阐释通过调控合成条件(硫化顺序、硫化剂种类、硫铁比等)以调节S-nZVI的微观结构和界面元素化学形态(实际S/Fe、硫分布、FeS_x形态等), 从而改变其宏观性质(亲疏水、析氢、导电性等), 最终实现对有机污染物与金属污染物的定向去除. 此外, 详细综述了S-nZVI用于去除卤代有机物、硝基苯有机物和重金属等污染物方面的研究进展, 并对未来的研究方向进行了展望.     

硫化零价铁去除水中污染物的效能及交互机制

如何同步提升零价铁去除水中污染物的反应速率和电子选择性已成为近年研究热点。基于无氧体系下硫化能通过抑制零价铁与水之间的副反应而改善体系还原除污染物效能,系统概括了不同硫化方式、硫化药剂和硫化程度合成的硫化零价铁理化特征,并揭示了其与硫化零价铁在不同水氧环境下去除不同污染物反应活性和电子选择性的交互机制。硫化能够主要通过调控界面亲疏水和导电性能而实现改善零价铁除污染的效能,其提升表现主要依赖于硫化程度,而与硫化方式、硫化药剂相关性较低。最后,展望了基于硫化零价铁的水污染控制技术在地下水修复和工业废水处理的应用前景。     

零价纳米铁的制备及对头孢类抗生素去除研究进展

我国是抗生素生产和消费大国,污染严重,对环境中残留抗生素整体治理水平较低。零价纳米铁具有良好的化学反应活性,能有效地去除环境中污染物。本文详细介绍了抗生素的来源、迁移路径、生态危害及零价纳米铁的化学制备方法和物理化学改性等。同时,对零价纳米铁去除抗生素的应用进展及去除机理进行了详细论述,并对其发展方向和存在不足进行了总结。     

纳米零价铁复合材料制备、稳定方法及其水处理应用

纳米零价铁(nZVI/Fe⁰)因极高的催化活性和经济适用性备受关注,但实际推广中受团聚性和空气不稳定性等限制。为解决这些问题,近年来国内外学者研究开发了系列纳米零价铁的复合材料和稳定方法,在制备方法、基体材料和环境修复方面均有了较大进展。本文对近五年的研究成果进行汇总,从复合载体研究、稳定方法和水环境应用三个方面对纳米零价铁复合材料研究进行较全面的综述和展望。在纳米零价铁负载方面,本文对聚合物载体、黏土矿物、碳材料和金属氧化物载体的相关研究进行了总结;在颗粒稳定性方面着重讨论了复合金属、表面涂层、硫化方面的新成果;在水环境应用方面,本文指出纳米零价铁主要通过吸附、还原、络合、共沉淀、电化学反应、(类)芬顿氧化等过程实现水中的重金属以及有机物的去除,光、热、电、超声、微波的引入可显著增强水体中污染物的处理效果。     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变过程中Pb的吸附与固定

厌氧状态下,游离态Fe(Ⅱ)(Fe(Ⅱ)aq)催化氧化铁晶相重组是重要的铁循环化学过程,其本质是Fe(Ⅱ)aq与结构态Fe(ⅡI)间的Fe原子交换,这一过程对稻田土壤和沉积物中重金属的环境行为产生重要影响,其影响机制有待于深入研究.本研究结果显示,Fe(Ⅱ)aq催化水铁矿晶相转变过程中,重金属离子Pb(Ⅱ)通过与Fe(Ⅱ)的竞争性吸附,降低了水铁矿表面吸附态Fe(Ⅱ)浓度,抑制了Fe(Ⅱ)aq与水铁矿中结构态Fe(ⅡI)之间的Fe原子交换,最终降低水铁矿晶相转变速率并改变水铁矿晶相转变途径.无Pb(Ⅱ)时,水铁矿最终转变为针铁矿和磁铁矿;Pb(Ⅱ)影响下,转变产物主要为纤铁矿,部分为针铁矿和磁铁矿.在水铁矿晶相转变过程中,部分吸附到氧化铁表面的Pb(Ⅱ)通过晶体包裹或Fe结构位取代,被形成的氧化铁结构化固定,从而降低了重金属Pb(Ⅱ)的活性.     

纳米铁及铁基纳米复合粒子在环境修复中的研究进展

由于纳米零价铁及铁基纳米复合粒子对大多数常见的环境污染物,如重金属离子、卤代有机物等均具有转化和降低毒性的作用,因此,在环境修复领域,它们已成为研究的热点之一。 纳米零价铁及铁基纳米复合粒子的比表面积大,反应活性高,应用灵活,为大多数具有挑战性的环境污染问题提供了一个有效的解决方法。 本文主要阐述了近些年来纳米零价铁及铁基纳米复合粒子在环境修复中的具体应用,同时也评估了其对环境微生物的潜在毒理效应,为以后进一步研究工作奠定一定的理论基础。     

石墨烯负载零价纳米铁材料的合成及去除水中Cr(VI)的研究

以石墨粉为原料,采用改良Hummers方法合成石墨烯,然后通过液相还原法制备出石墨烯负载纳米铁材料(Graphene-supported nanoscale zero-valent iron,G-nZVI),借助扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析仪(FTIR)进行表征,并以G-nZVI为反应材料,研究其对水体中Cr(VI)的去除效率,结果显示:室温下,当G-nZVI投加量为0.4g/L,Cr(VI)的初始浓度为20 mg/L,初始pH值为3.0时,Cr(VI)的去除率在2h内可以达到95%以上。G-nZVI具有磁性,使用后可通过外加磁力除去,以防对水体的二次污染,具有较好的应用前景。     

应用纳米零价铁富集银的研究

大量研究表明,纳米零价铁（nanoscale Zero-Valent Iron,nZVI）对水中重金属,尤其是金、银等稀贵金属,有良好的分离富集作用.利用纳米零价铁反应器证明了nZVI可从废水中分离低浓度的银离子（Ag⁺）,并生成高含量的“银矿石”.此外,也证明了反应区氧化还原电位能够反映nZVI与Ag⁺的反应速率和分离效率.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱和高分辨透射电子显微镜等手段对反应产物进行表征,证实了Ag⁺可被nZVI还原为单质银,并以纳米颗粒的形式（<10 nm）沉积在nZVI表面.与其他材料（常见吸附/还原材料）相比,nZVI具有效率高,受pH影响小的优点.研究结果表明,nZVI是一种能够高效富集痕量银资源并产生高价值纳米银的材料.     

非均相芬顿体系协同去除复合双污染物:化学转化,pH影响和机理分析

系统研究了ZVI(零价铁粉)-Fenton体系协同去除铜离子和亚甲基蓝(MB)污染物过程中, ZVI微表面发生的化学转化以及目标污染物降解机理. 分别利用扫描电子显微镜(SEM), X射线能谱(EDS), X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术, 对比分析了反应前后以及不同体系之间ZVI表面结构, Fe和Cu化学转移的变化. 结果表明, 在ZVI/H₂O₂体系中反应后ZVI表面腐蚀产物较多, 主要为Fe₃O₄和Fe₂O₃. 在ZVI/H₂O₂-Cu体系中, 虽ZVI腐蚀作用更加剧烈, 但ZVI表面残留的腐蚀产物较少, 且腐蚀产物中Fe₃O₄含量的占比增加. Cu ²⁺主要还原产物为Cu ⁰, 同时还伴随着CuO的生成. pH影响实验表明, ZVI/H₂O₂-Cu体系不仅强化了MB的降解, 有效地去除了总溶解铜离子(TCu), 同时还扩大ZVI-Fenton体系的有效pH范围(pH=2.5~5.5). 叔丁醇捕获自由基实验表明, 羟基自由基是氧化降解MB的主要活性物质. 最后针对ZVI-Fenton体系协同去除复合双目标污染物的机理进行研究分析.     

纳米零价铁去除水体中砷的效能与机理

全球超过一亿人受到高毒性、难处理的砷污染引发的饮用水安全的威胁,解决砷污染问题迫在眉睫而又任重道远。纳米零价铁(nZVI)能高效去除重(类)金属、硝酸盐、磷酸盐、高氯酸盐、卤代物、多环芳烃、偶氮染料和苯酚等污染物,成为广泛应用的工程纳米材料之一,在全球已有近60例的环境原位修复和废水处理工程案例。其独特的纳米级核壳结构和表面性质使其能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去砷。本文综述了近年来nZVI及其改性材料去除水中砷的研究进展,探讨了nZVI去除水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的反应机理,归纳了不同反应条件(初始pH值、反应时间、nZVI投加量、砷初始浓度、共存离子和有机质)对去除效果的影响,总结了nZVI改性材料(多孔材料负载改性nZVI、金属掺杂改性nZVI、表面稳定剂改性nZVI和绿色合成nZVI)对砷的去除效率,展望了纳米零价铁去除砷的发展方向和所面临的挑战。     

纳米零价铁富集水溶液中铀的表面化学及应用展望

由于铀矿采冶、核能利用等类活动的影响, 铀引起的水体污染问题日益严重. 纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron, nZVI)及其复合材料可高效富集水溶液中低浓度的铀, 在放射性废水的处理与铀的资源回收方面具有巨大的应用潜力. 但是, 不同研究对nZVI分离铀的机理和性能尚未形成一致的解释. 因此, 本综述归纳了nZVI分离铀的研究进展, 概括了溶液及固相反应机理(如吸附作用、还原作用、沉淀作用), 重点分析了水质因素(如pH、U(VI)浓度、阳离子、阴离子、溶解氧)的影响机制. 后续研究可注重分析铀废水中nZVI的结构转化规律及水质因素的协同作用对nZVI固定铀的机理、性能的影响; 并基于放射性废水的水质或水处理工艺的特征, 优化nZVI材料结构且评估其处理放射性废水的长期稳定性和生态毒性; 确定nZVI固定铀的性能与水质组分及水处理工艺运行参数的数学相关性, 建立监测和调控工艺的方法.