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。     

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。     

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.     

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.     

金属配合物催化氢解脱卤研究

卤代有机物是环境领域的主要污染物类型之一.氢解脱卤是实现卤代有机物降解的有效途径,而探索不同催化氢解脱卤方法已成为该领域持续的研究热点.其中,金属配位化合物因其特殊的电子效应及空间效应可有效进行氢解脱卤,从而成为近年来报道的新型催化脱卤方法.基于此,本文总结了各种类型金属配合物进行氟、氯及溴代有机物催化脱卤过程的反应类型及过程机理,指出了配合物与卤代有机物之间电子转移状况、空间结构及配体亲卤性对脱卤反应起决定作用.另外,还探讨了中心离子、配体、卤代有机物类型和还原剂等影响因素对配位催化脱卤反应的作用机制,提出了当前配位催化脱卤研究存在的问题,并对今后该领域的实用性研究进行了展望.     

纳米零价铁在水相反应中的表面化学和晶相转化

纳米零价铁在水相中的表面化学特性和晶相等性质变化,将影响其反应活性及环境归趋等.总结近期课题组关于纳米零价铁在水相中表面化学和晶相转化的研究进展,为纳米零价铁污染控制化学提供基础理论.重点探讨水中有无溶解氧、不同水力学条件复氧（静态和扰动）、重金属共存、无机阴离子共存对纳米零价铁颗粒表面化学特性和晶相转变的影响.同时也研究高分子电解质表面修饰后,颗粒在水相中表面及晶相的演变及对重金属去除性能的影响.研究表明,纳米零价铁与水相中的水分子、溶解氧、重金属离子及无机阴离子反应,零价铁失去电子演变为氧化铁、羟基氧化铁等;环境条件对颗粒结构性能产生影响,从而影响污染物去除效率及其在环境中的归趋.未来研究将重点探讨结构性能动态变化与不同污染物之间反应性能的影响,建立纳米颗粒的结构与性能之间关系模型,为纳米零价铁材料的环境应用提供理论依据.     

天然膨润土负载纳米铁的制备及其对阿莫西林的降解性能

采用液相还原法制备膨润土负载纳米铁（B-nZVI）用于降解水体中的阿莫西林（AMX）.通过SEM、XRD、FT-IR、BET等表征手段,对其微观结构和B-nZVI与阿莫西林反应前后进行了表征,还进行了其对阿莫西林的降解实验.研究表明,制成的B-nZVI材料中的纳米铁多数以30～90nm球形颗粒为主,均匀地分散在膨润土中,从而提高了纳米铁的反应活性,对阿莫西林的去除率要比单独使用纳米铁（nZVI）高,其降解过程符合表观一级反应动力学.基于表征和降解动力学的依据,B-nZVI对阿莫西林的可能降解机理是内酰胺键被零价铁还原作用而打开.     

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.     

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.     

纳米级零价铁的湿化学法制备及性能表征

采用湿化学法制备了纳米级零价铁,研究了湿法化学还原过程中工艺条件对产物的影响.对纳米级零价铁制备过程中物质微观结构随工艺条件的变化规律有了明确地认识.最终确认湿化学还原过程的最佳工艺条件是:在有机反应介质中,加入分散剂,以一定的滴加速度加入还原剂,同时在修饰剂的作用下得到产物,最终在合适的清洗制度下得到纳米零价铁.     

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。     

基于零价铁的地下水化学还原修复体系中的电子转移有效性和电子竞争机制

近年来,基于零价铁的化学还原技术因其高效性逐渐被应用于受污染地下水的原位修复。但是,该技术在实际应用中仍面临一些亟待解决的问题。零价铁作为一种高活性的电子供体,除了和目标污染物反应外,还可以与地下水中其他的氧化性物质（如O₂、H⁺或NO₃^-等）反应。这些反应所造成的零价铁腐蚀,不仅会降低修复效率还会增加地下水修复成本。此外,同类或多类污染物间也存在对零价铁所释放电子的相互竞争,从而影响各自的去除效率。本文综述了基于零价铁的地下水修复体系中的电子传递过程和氧化物间的电子竞争机制,从零价铁的腐蚀和电子传递、零价铁电子选择性量化指标的提出和量化方法、地下水体中多种共存氧化物间电子竞争作用、电子效率的影响因素以及强化措施等方面进行详细介绍。最后,对该技术今后发展方向作出了展望,以期为其今后实际的地下水修复应用提供参考。     

纳米金属铁降解有机卤化物的研究进展

有机卤化物是一种毒性强、难生物降解的环境污染物,传统处理技术存在着降解不完全、效率低等不足。纳米技术的发展给有机卤化物的处理带来了一种新的颇具潜力的方法,即应用纳米金属/双金属颗粒对有机卤化物进行脱卤。目前,以Fe(Ⅱ) 和 Fe(Ⅲ)等常见原料合成纳米铁颗粒的技术已经成熟,纳米颗粒对有机卤化物也显示出高效的降解性能。更重要的是,其可灵活应用于地下水和土壤的原位和异位修复,尤其适用于原位修复。本文综述了纳米铁颗粒降解有机卤化物的研究进展,包括纳米铁颗粒的合成与修饰, 降解效能、降解机理、降解动力学、示范工程等,以及发展前景和今后的研究方向。     

零价铁耦合厌氧微生物法在废水处理中的应用

零价铁(ZVI)与厌氧微生物的耦合是一项很有前景的技术,在难降解有机废水的去除中得到了广泛关注.该耦合技术将ZVI技术的高效性与厌氧生物技术的经济性有效融合,在多元微电场和厌氧微生物协同作用下,有效降低难降解有机物的生物抑制性和毒性.本文综述了此技术处理工业废水的潜在机理、实际应用中主要操作参数及影响条件以及处理含氯化...     

流变相法制备包覆型零价纳米铁及其表征

以FeSO4.7H2O∶KBH4=1∶2(摩尔比)为固相介质,0.06 g/ml羧甲基纤维素水溶液为液相介质,固液比1∶2,调制成流变相体系反应2 h制备出包覆型纳米零价铁;采用XRD、TEM等手段对合成的纳米零价铁进行表征。     

水中菲的类Fenton氧化降解及动力学研究

采用类Fenton氧化法对水溶液中的菲进行深度处理,研究纳米零价铁(n ZVI)投加量、H2O2投加量、溶液p H值和温度四个主要因素对菲去除效果的影响。结果表明在纳米零价铁(n ZVI)投加量为1.0 g/L、H2O2为10 mmol/L、p H为3.0、温度30℃的优化条件下,菲的初始投加量(浓度)为50 mg/L在60 min内菲的去除率达到100%。此外类Fenton氧化降解菲符合伪一级降解动力学模型,且菲的投加量(浓度)越高,降解速率越快,进一步说明类Fenton氧化技术对菲降解有很好的效果。     

无铅卤系钙钛矿纳米晶:新一代光催化材料

由于TiO₂光催化材料具有反应速度快、稳定性好、不产生二次污染等优点,常被应用于污染物降解、CO₂还原、制氢等领域,然而TiO₂可见光利用率低,限制了其进一步广泛应用。近年来,无铅卤系钙钛矿纳米晶由于其带隙可调、可见光吸收能力强等优势在光催化领域显示出巨大的潜力。相关研究表明:无铅卤系钙钛矿纳米晶可成功应用于CO₂还原、有机污染物降解等领域,效果显著。基于此,本文首先阐述了无铅卤系钙钛矿纳米晶的制备方法,并系统地总结了其在CO₂还原、制氢、污染物降解、NO去除等领域的应用研究进展,最后就现阶段无铅卤系钙钛矿纳米晶光催化材料研究中存在的问题及今后的研究方向进行了分析和展望。     

钯碳/三乙胺体系中邻位三唑取代芳基卤化物的脱卤氢化反应研究

卤代有机物给环境带来了严重的污染,有机卤代物的脱卤氢化不仅可以将卤代有机物转化为其它化学品,同时也可以降低其在环境领域的污染.以Pd/C为催化剂,以三乙胺作为碱、还原剂和氢源,报道了一种钯催化邻位三唑取代卤苯脱卤氢化反应.该方法具有反应体系简单、产物收率高和催化剂可回收等特点.