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納米鐵技術在環(huán)境修復中應用的研究進展

文檔作者：蘇錦1 陳祖亮2 文檔來源： 1福建省環(huán)境監(jiān)測中心站 2福建師范大學環(huán)境科學與工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年10月07日
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納米鐵技術在環(huán)境修復中應用的研究進展
蘇錦-陳祖亮z
(1福建省環(huán)境監(jiān)測中心站
2福建師范大學環(huán)境科學與工程學院福建福州350000)
摘要納米鐵是1種新型材料，它在環(huán)境修復領域具有很好應用前景。主要介紹納米鐵的基本性質、降解機理以及發(fā)展
進程，包括零價鐵的納米化、引入了第2金屬制成納米鐵雙金屬和負載型納米鐵的制備，并討論了各種納米鐵技術對污染物降
解的效果、影響因素以及應用前景。
關鍵詞納米鐵納米雙金屬負載環(huán)境修復
中圖分類號：×523 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2014)01—017一03
早在90年代，基于零價鐵的可滲透反應格柵技術
(PRB)就被用于地水下的原位修復中。但由于PRB需要大
量的鐵粉，并要在較深的蓄水層中，其工程成本很高。另外
PRB技術缺乏靈活性，一旦安置后很難改變其結構位置．從
而限制PRB技術的應用?。近年來．納米鐵技術得到快速的
發(fā)展，由于其顆粒尺寸小。在一定壓力或重力作用下。納米鐵
泥漿可注入到受污染的土壤和地下水中．并在相當長的時間
內能保持懸浮狀態(tài)．隨著地下水流動．在土壤中形成一個降
解有機污染物的原位修復區(qū)域?z】：另一方面。納米鐵技術也
可用于非原位修復．負載在活性碳或沸石等材料上可以處理
各種廢水和廢氣?。為了提高反應速率，研究學者在納米鐵
中植入第2金屬。如鈀、鎳等。第2金屬一般具有催化氫氣的
功能，可大大加快有機物的還原過程阮Ⅲ引。后來。研究發(fā)現(xiàn)
納米鐵容易團聚，粘附在土壤中。不利于其擴散遷移。因此負
載型納米鐵系在原位修復中應用得到越來越多研究學者的
關注，常用的載體有活性碳、沸石、樹脂、膜等‰限b]。
1 納米鐵的基本性質
納米鐵(nzVI)是指顆粒粒徑小于100nm的零價鐵
(ZVI)，一般采用液相還原法制備而成，它是一種大小均勻，
黑色球形顆粒，且這些顆粒串聯(lián)成鏈條狀．納米鐵比表面積
一般為30．35m2，g㈣]。ZVI呈現(xiàn)一個典型的殼一核結構，其核
主要由零價鐵組成．殼則由零價鐵氧化生成的鐵氧化物組
成，如Fe(II)和Fe(III)，這些鐵氧化層在中性條件下不易溶
解．起到保護零價鐵不被氧化的作用?。由于納米鐵的結構
特點，它具有吸附性和還原性。當溶液pH小于納米鐵pH。
(約為8)時，納米鐵氧化層帶正電性，可吸附陰離子，如硫酸
鹽、磷酸根等；當溶液pH大于pH。時，納米鐵氧化層帶負電
性．可吸附陽離子重金屬?。另外．納米鐵做為一種高效地電
子給體。其標準電極電位(FezⅦe)為一O．44V，標準電極電位
(Fe3低2+)為0．77lV，低于許多重金屬，如Pb、Ni、Cd、Cr等，
還有許多氯代烴類有機物．因此納米鐵對這些物質有較好的
還原作用?。另外．由于納米鐵的無定型結構，導致氧化層的
組成成分較為復雜．其成分主要取決于制備過程和環(huán)境條
件．而且納米鐵殼結構及組成成分會影響納米鐵顆粒粒徑、
比表面．還會影響納米鐵的聚集狀態(tài)、晶化程度和磁性能等。
物質與納米鐵的反應主要分以下幾個步驟：首先物質被
吸附在納米鐵表面；然后電子從納米鐵轉移到吸附的物質
上；最后吸附的物質被還原，重新被釋放。其中納米鐵系對有
機氯化合物的還原機理一般分為3種?，分別如下：
(1)納米鐵的直接還原作用：
Fe+RCt+H’—+F≯++RH+Ct一
(2)納米鐵的間接還原作用，即納米鐵腐蝕產(chǎn)生Fez+充
當還原劑，而Fez+常一些物質形成絡合物，電子傳遞過程相
對較慢，從而導致還原過程較慢：
2Fe2’+RCt+H+越F孑’+RH+Ct一
(3)納米鐵腐蝕產(chǎn)生的氫氣還原作用，這個過程需要有
效的催化劑：
皿+尺a_+日++腳+a’
2納米鐵系在環(huán)境修復中的應用
近年來．大量的研究表明納米鐵的還原速率遠高于普通
的零價鐵。納米鐵能有效地處理有機氯化合物、多氯聯(lián)苯、重
金屬，如As(III)、Pb(II)、Cu(II)、Ni(II)和Cr(VI)等以及無機
離子，如NOf、ClOf等，且許多現(xiàn)場試驗也說明了納米鐵技術
在原位修復領域有很好應用前景。
2．1 納米鐵
Song和C姍way[4]發(fā)現(xiàn)納米鐵脫氯還原氯乙烯的最終
產(chǎn)物為乙烯和乙烷，脫氯速率隨取代氯數(shù)目的增加而減?。?
隨溶液中氫氣濃度的增大而增大．脫氯還原機理是氫氣催化
還原作用：董婷婷等[5】用硫酸亞鐵與硼氫化鈉反應生成納米
鐵顆粒．發(fā)現(xiàn)在制備過程Na0H的加入可減小納米鐵顆粒粒
徑，增大其比表面。并影響納米鐵的聚集狀態(tài)、晶化程度和磁
性能。另外還發(fā)現(xiàn)納米鐵對對硝基苯酚有很好的降解效果，
還原產(chǎn)物為對氯苯胺，且溶液pH越低，降解效率越高；任海
萍等[6】發(fā)現(xiàn)IlzVI對酸性品紅有很好的脫色效果．其脫色率
隨溫度、IlzVI投加量的增加和酸性品紅初始濃度的降低而
逐漸增大．nZVI對酸性品紅脫色機理是吸附和還原的雙重
作用．其中以還原作用為主；納米鐵處理六價鉻的主要機理
是還原作用．但其去除鎳的機理包括還原作用和吸附作用．
高分辨率X射線光電子光譜法(HR—XPs)表明在反應平衡
時，50％的Ni(II)被還原成Ni(0)，而50％是被吸附?；YaIl等
作者簡介：蘇錦(1986。)，男，碩士，福建省環(huán)境監(jiān)測中心站助理工程師。研究方向：環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境修復。
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