纳米零价铁在水处理中的应用研究_王静波
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纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究
纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究近年来，随着城市化进程的加快和工业发展的提速，水环境污染日益严重。
传统的水处理方法如沉淀、过滤和氧化等存在着效率低下、操作复杂以及处理成本高等问题，迫切需要寻找一种高效、经济、环境友好的水处理技术。
纳米级零价铁（nanoscale zero-valent iron，NZVI）因具有较大比表面积、高反应活性和强氧化能力，在水处理领域中备受关注。
本文将介绍纳米级零价铁的制备方法以及其在污水处理中的应用，并探讨其机理研究。
首先，纳米级零价铁的制备方法主要有物理法、化学法和生物法等。
其中物理法包括电弧放电法、溅射法等，化学法包括还原法、共沉淀法等，生物法则利用微生物的还原机制。
这些方法能够制备出不同形状（如颗粒、纤维和薄膜）和粒径的纳米级零价铁，以适应不同类型污水的处理需求。
其次，纳米级零价铁在污水处理中的应用主要表现在去除重金属和有机污染物方面。
纳米级零价铁通过还原机制，去除重金属离子，如铜、铅、铬等，并能将其还原为较难溶解的金属沉淀，从而实现重金属的去除。
同时，纳米级零价铁通过氧化还原反应、吸附、解氧和直接还原等方式，能够有效去除有机污染物，如苯系物质、氯代烷烃和农药等。
相比传统方法，纳米级零价铁具有高效、快速、无二次污染等优点。
进一步研究表明，纳米级零价铁在污水处理中的机理主要包括表面吸附、溶解和催化反应等过程。
首先，纳米级零价铁的大比表面积提供了更多的活性位点，使得其具有较强的吸附能力，能够吸附水中的污染物。
其次，随着纳米级零价铁的溶解，铁离子与水中的污染物发生反应，形成不溶的沉淀而被去除。
此外，纳米级零价铁还能催化水中的化学反应，如还原和氧化等，进一步降解有机污染物。
需要注意的是，纳米级零价铁在实际应用中还存在一些挑战。
首先，纳米级零价铁在制备过程中需要控制粒度和分散度，以保证高活性和稳定性。
其次，纳米级零价铁的使用量和工程应用需要进一步优化，以提高处理效果并减少成本。
纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究
纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究摘要：纳米级零价铁是一种具有很高活性的材料，广泛应用于环境领域中的污水处理。
本文通过综述文献，探讨纳米级零价铁的制备方法，包括物理法制备和化学法制备，并对其用于污水处理的机理进行研究。
引言近年来，人们对环境污染和水资源保护的关注日益增加。
水污染对人类健康和生态系统造成的危害越来越大，因此寻找高效、低成本的水污染治理技术显得尤为重要。
纳米级零价铁因其独特的物化性质和较高的活性而成为一种广受关注的水处理剂。
本文将着重讨论纳米级零价铁的制备方法以及其用于污水处理的机理。
一、纳米级零价铁的制备方法目前，纳米级零价铁的制备方法主要有物理法制备和化学法制备两种。
1. 物理法制备物理法制备纳米级零价铁主要利用物理力学原理，包括溶剂热法、溶剂热还原法、气相法等。
其中，溶剂热法是一种较为常见的制备方法。
该方法通过在高温下，在有机溶剂中将适量的金属铁与还原剂反应，生成纳米级零价铁。
物理法制备的纳米级零价铁具有较高的比表面积和反应活性。
2. 化学法制备化学法制备纳米级零价铁包括还原法、酵素法、共沉淀法等多种方法。
其中，还原法是应用较为广泛的制备方法。
该方法采用还原剂将铁盐溶液中的金属铁还原成纳米级零价铁，得到具有较高活性的纳米材料。
二、纳米级零价铁在污水处理中的应用纳米级零价铁在污水处理中的应用主要涉及废水中重金属离子的去除和有机污染物的降解。
1. 重金属离子去除纳米级零价铁对废水中重金属离子的去除主要通过吸附和还原反应实现。
纳米级零价铁的高比表面积和丰富的可还原位点使其具有很强的吸附能力，可以有效去除废水中的重金属离子。
同时，纳米级零价铁与重金属离子发生还原反应，将溶解态的重金属离子还原为难溶态的金属沉淀，从而实现浊度的升高和重金属的去除。
2. 有机污染物降解纳米级零价铁对有机污染物的降解主要通过催化还原反应实现。
纳米级零价铁具有很高的还原能力，可将有机污染物还原为无害的物质。
纳米零价铁在污水处理中的应用及研究进展
纳米零价铁在污水处理中的应用及研究进展刘晓龙 张宏(西北民族大学 化工学院，甘 肃 兰州 730030)摘要：近年来纳米零价铁(nZVI)作为新型的去污材料，其比表面积大、还原性强、表面活性高、原料丰富易得，是目前研究的热点。
本文主要介绍了纳米零价铁的制备方法，同时针对纳米零价铁在实际应用中存在的易团聚和氧化等问题，总结了改进纳米零价铁活性的一系列的修饰方法，如表面改性、固体负载、纳米双金属等，以达到分散nZVI 的目的，使其能够均匀稳定的存在于水处理体系。
关键词：纳米零价铁；改性；污水纳米零价铁(nZVI)是指粒径处于纳米级别，并且小于100nm 的零价铁颗粒，主要通过含铁化合物还原所得到，其原料丰富、价格低廉，已逐渐取代传统意义上的修复材料，成为目前广泛研究的环境纳米材料之一。
另外，由于铁的电极电位E 0(Fe 2+/Fe)=－0.41V，具有很强的还原性，能够非常有效的还原污水中存在的无机物、有机物、重金属离子、染料和农药等污染物。
1997年，Wang 和Zhang [1]率先采用化学液相还原法合成了粒径大概在60nm 左右的nZVI，并将其用于有机氯化物的降解，成功开创了nZVI 在环境工程领域的先例。
此后，越来越多的国内外学者证实了nZVI 在环境领域确实有着极高的应用价值。
但是，由于nZVI 本身比较容易被氧化，会在其表面形成一层钝化层使得反应效率降低，另外，nZVI 由于自身具有磁性，容易发生团聚，导致表面活性降低。
因此，对于nZVI 的改性(如表面修饰和与其他处理技术相结合)已经成为今后广大学者研究的热点之一。
1 nZVI的制备目前，最常见的纳米零价铁的制备方法主要是化学液相还原法。
该方法是在液相环境下通过强还原剂硼氢化物(如NaBH 4、KBH 4等)将Fe 2+、Fe 3+还原成零价铁，从而制得nZVI 颗粒[2]。
该方法操作简单，反应条件温和，制得的纳米零价铁颗粒粒径大概在60～80nm 之间，且纯度较高，但是容易在水洗的过程中被氧化。
纳米零价铁对水溶液中Cr(Ⅵ)的去除效果
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谢华俊等$纳米零价铁对水溶液中 =L" 1$ 的去除效果
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纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展
纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展摘要：水污染是影响人类健康和生态环境的重要问题之一。
重金属离子是常见的水污染物之一，其具有毒性和蓄积性，对人体和生态系统造成潜在危害。
纳米零价铁（nZVI）因其卓越的还原性能和高效的去除能力，成为一种重要的去除重金属离子的材料。
本文综述了纳米零价铁在去除水中重金属离子方面的研究进展，包括合成方法、去除机理、影响因素以及应用前景。
1. 引言水是维持生命和支持人类社会发展的基本资源，但随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重。
重金属离子是水污染中的重要成分，常见的包括铅、铬、镉、汞等。
这些重金属离子在水体中经过生物积累，会对人体健康和生态系统造成潜在危害，因此寻找一种高效可行的去除方法变得迫切。
2. 纳米零价铁的合成方法纳米零价铁是一种由纳米级铁粒子组成的材料，其具有很高的比表面积和活性。
目前，常见的合成方法包括还原法、凝胶法、气相法等。
还原法将铁盐与还原剂反应生成纳米零价铁，可通过调控反应条件（温度、pH值等）和添加助剂来控制纳米零价铁的尺寸和形貌。
3. 纳米零价铁的去除机理纳米零价铁能够与重金属离子发生还原反应，将其转化为可沉淀的金属颗粒或生成难溶的金属化合物，从而实现重金属离子的去除。
此外，纳米零价铁还具有表面吸附能力，可以通过静电作用或络合反应吸附重金属离子。
4. 影响因素纳米零价铁去除重金属离子的效果受多种因素影响，如纳米零价铁的粒径、溶液pH值、溶液温度、重金属离子浓度等。
这些因素的改变会影响重金属离子与纳米零价铁的接触面积、还原速率和吸附能力，从而影响去除效果。
5. 应用前景纳米零价铁作为一种高效的去除重金属离子的材料，具有广阔的应用前景。
目前，纳米零价铁已被广泛应用于地下水、饮用水和废水处理领域。
未来，随着合成方法和性能的不断改进，纳米零价铁在水污染治理中的应用前景将更加广阔。
6. 结论纳米零价铁是一种有效去除水中重金属离子的材料，具有良好的应用前景。
纳米零价铁去除水中污染物的研究进展
图 1 nZVI 的透射电镜
第 ２ 期 代 莹 ，等 ：纳米零价铁去除水中污染物的研究进展
· ４７ ·
盐 、卤代烃等多种污染物 ，并且可以大大减少毒性 副产物的生成 。 不仅如此 ，nZVI 颗粒还可以直接 被注入到被污染的蓄水层中 ，对污染的蓄水层进行 原位修复 ，为地下水中污染物的原位修复寻求到了 一条新颖而特效的途径 。
（１ ．College of Civil and Architectural Engineering ，Heilongjiang Institute of Technology ，Harbin １５００５０ ，China ；２ ．School of Chemistry and M aterials Science ，Heilongjiang U niversity ，Harbin １５００８０ ，China）
Research of nano zero valent iron for the removal of pollutants from water
DAI Ying１ ，２ ，ZO U Jin‐long２ ，WA NG Wei１ ，Z H A NG Xin１ ，LIANG T ao１ ，Z H A NG M in１
重金属污染物包括 汞 、铅 、铜 、铬 、镍 、铁 、锰 、 等［５］ ，重金属在水环境中不会降解 、消失 ，而是通过 迁移 、转化等途径在各圈层之间转换 ，一旦通过产 品的富集由食物链进入人体 ，会对人类健康构成极 大的危害 。 纳米零价铁对水中重金属离子去除的 作用主要有还原 、吸附和共沉淀作用 。 重金属离子 不同 ，其去除机理也不同 ，还有可能是多种机理共 同作用 ，比如既存在吸附作用也存在还原作用 ，或 者吸附中伴有沉淀的作用 ，各种机理共同作用使得 溶液中的重金属离子得以高效去除 ，并且避免了二 次污染的问题 。 ３畅 １畅 １ 表面吸附 — 配合
第 ２ 期 代 莹 ，等 ：纳米零价铁去除水中污染物的研究进展
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盐 、卤代烃等多种污染物 ，并且可以大大减少毒性 副产物的生成 。 不仅如此 ，nZVI 颗粒还可以直接 被注入到被污染的蓄水层中 ，对污染的蓄水层进行 原位修复 ，为地下水中污染物的原位修复寻求到了 一条新颖而特效的途径 。
（１ ．College of Civil and Architectural Engineering ，Heilongjiang Institute of Technology ，Harbin １５００５０ ，China ；２ ．School of Chemistry and M aterials Science ，Heilongjiang U niversity ，Harbin １５００８０ ，China）
Research of nano zero valent iron for the removal of pollutants from water
DAI Ying１ ，２ ，ZO U Jin‐long２ ，WA NG Wei１ ，Z H A NG Xin１ ，LIANG T ao１ ，Z H A NG M in１
重金属污染物包括 汞 、铅 、铜 、铬 、镍 、铁 、锰 、 等［５］ ，重金属在水环境中不会降解 、消失 ，而是通过 迁移 、转化等途径在各圈层之间转换 ，一旦通过产 品的富集由食物链进入人体 ，会对人类健康构成极 大的危害 。 纳米零价铁对水中重金属离子去除的 作用主要有还原 、吸附和共沉淀作用 。 重金属离子 不同 ，其去除机理也不同 ，还有可能是多种机理共 同作用 ，比如既存在吸附作用也存在还原作用 ，或 者吸附中伴有沉淀的作用 ，各种机理共同作用使得 溶液中的重金属离子得以高效去除 ，并且避免了二 次污染的问题 。 ３畅 １畅 １ 表面吸附 — 配合
纳米零价铁的强化改性及其对水污染治理最新研究进展
纳米零价铁的强化改性及其对水污染治理最新研究进展摘要：近年来，纳米零价铁的强化改性技术及其在水处理领域的应用成为研究热点。
特别是针对卤代污染物、硝酸盐、重金属及废水中染料去除方面。
介绍了纳米零价铁强化改性、负载功能化、工程实际应用及其对水污染治理研究进展，并对纳米零价铁改性的未来发展趋势进行展望。
关键词：零价铁；改性；水污染治理纳米技术治理水体污染一直受到国内外广泛关注，其中，纳米零价铁（nano zero valent iron，以下简称NZVI）因其高反应性、无害性而被广泛应用到水污染治理当中。
然而，由于NZVI具有较高的表面能，它在实际应用中容易氧化、集聚，抑制了NZ-VI的反应活性，从而降低了其对水中污染物的降解效率。
针对NZVI的改性技术成为水污染治理领域的研究热点。
同时，该技术的应用范围不断扩大，对目标污染物的治理已经从以氯代有机物为主扩展到对溴代有机物、硝酸盐、重金属及染料等的降解。
1 纳米零价铁强化改性技术NZVI粒子微小，表面能高，容易集聚，由于集聚成团从而降低了NZVI在实际应用中的迁移性和反应活性等，因此，为促进NZVI技术处理实际废水，对NZVI的改性显得尤为重要。
NZVI的改性方式主要有两种，一种是分散改性，另一种是负载功能化。
具体主要有以下方法：（1）选择合适的分散剂去除特定的污染物；（2）选择创新型负载基质；（3）充分利用NZVI本身的金属性质；与其他技术相结合。
1.1 分散剂改性1.1.1 聚合物在分散剂改性NZVI的研究中，以一种聚合物为改性剂是研究较多的一个领域，如PMMA、CMC等。
聚合物改性能使NZVI减少集聚，提高其稳定性和迁移性。
另外，同时采用两种或两种以上聚合物改性也得到人们的关注，Krajangpan 等用PDMS/PEG双聚合物改性NZVI，其稳定性得到提高，但其改性过程较为复杂。
如果能找到有效快捷的改性方法，此种双聚合物改性的方法也是一个值得深入研究的方向。
纳米零价铁在水处理中的应用研究综述
纳米零价铁在水处理中的应用研究综述一、引言在当今世界，水资源的污染和紧缺已经成为一个严重的问题。
纳米材料作为一种新型材料，在水处理领域展现出了巨大的潜力。
其中，纳米零价铁因其独特的性质和优越的性能，在水处理中获得了广泛的应用。
本文将对纳米零价铁在水处理领域的应用研究进行综述，从深度和广度上全面评估其在水处理中的作用和影响。
二、纳米零价铁的制备方法纳米零价铁是一种具有极小颗粒大小的零价铁材料，其制备方法多种多样。
目前常见的制备方法包括溶液法、还原法、冷冻干燥法等。
这些不同的制备方法会对纳米零价铁的性质和结构产生影响，进而影响其在水处理中的效果。
三、纳米零价铁在水处理中的应用1. 污染物去除纳米零价铁以其高活性和大比表面积，可以有效去除水中的重金属、有机物和氯化物等污染物。
其作用机制主要包括吸附、还原、沉淀等多种方式，对水中污染物具有良好的去除效果。
2. 水资源修复纳米零价铁在地下水修复和土壤修复中也有着重要的应用。
其可以有效地修复受到重金属、有机物等污染的地下水和土壤，恢复水资源的清洁和健康。
3. 水质改善除了污染物去除和水资源修复外，纳米零价铁还可以用于改善水质。
其可以去除水中的余氯，改善水的口感和气味，保障饮用水的品质。
四、纳米零价铁在水处理中的影响1. 环境影响纳米零价铁在水处理中的使用可能会产生一定的环境影响。
其残留和转化产物对水体的影响，以及对生态系统的潜在风险，需要进行深入的研究和评估。
2. 技术挑战纳米零价铁在水处理中的应用还面临着一些技术挑战，如纳米材料的稳定性、再生利用等方面需要进一步改进和完善。
五、总结与展望纳米零价铁作为一种重要的纳米材料，在水处理中具有广泛的应用前景。
但是，其在环境影响和技术挑战上仍然需要进一步的研究和改进。
相信在不久的将来，随着纳米技术的发展和水处理领域的需求，纳米零价铁将发挥更加重要的作用，为水资源的保护和治理贡献更多的力量。
在文章中我们对纳米零价铁在水处理中的应用进行了深度和广度兼具的探讨，从制备方法、应用领域、影响因素等多个方面进行了全面评估。
利用纳米零价铁进行印染废水脱色实验研究
近年来，纳米铁应用进行环境污染修复已成为较为关注的方向。
被广泛应用于含氯有机物、含氮有机物及重金属等污染物的修复研究[1-3]。
Cao等[4]研究了酸性橙等5种偶氮染料的Fe0催化还原脱色，发现脱色效果较好，并推测了脱色机理。
纳米铁在染料废水的脱色过程中，色度的去除存在着一系列复杂的作用，其中包括电化学作用、铁粉的还原作用、铁离子的絮凝脱色作用、铁粉表面的物理脱色等。
王宜成等[5]研究了纳米铁粉对水中钼的去除效果及影响因素。
纳米铁应用于污水处理，它可以夺取污水中的含氯的化合物中的氯元素，产生无氯的无害物质，达到除害、脱色的目的[6]。
本文以纳米铁为脱色剂，以甲基橙水溶液为目标物，从脱色反应时间、摇床转速、染料初始浓度、铁粉是否酸洗及水洗等方面研究了纳米铁对水溶液中甲基橙的脱色作用。
1实验部分1.1仪器和试剂TGL20M(HR/T20M)台式高速冷冻离心机(湖南赫西仪器装备有限公司)，磁力搅拌器（南京胥江机电厂）TH2-82气浴恒温振荡器（江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂），分析天平（梅特勒-托利多仪器上海有限公司），常见溶液配制玻璃仪利用纳米零价铁进行印染废水脱色实验研究Study on Treatment of Dye Wastewater by Nano-Zero Valent Iron陈海斌，梁春华*(怀化学院化学与化学工程系怀化418008)摘要以纳米铁粉为脱色剂，以甲基橙水溶液为目标污染物，研究了纳米铁粉对甲基橙水溶液的脱色影响。
结果表明染料初始浓度一定时，加入一定铁粉，脱色率随脱色时间的增加而增大，到一定时间后脱色率不再有大的变化；酸洗铁粉对甲基橙水溶液的脱色效果更好；将酸洗铁粉进行水洗，脱色率随水洗次数的增加而减少；摇床转速越高，脱色效果越好。
关键词零价铁甲基橙脱色Abstract Taking the nano-zero valent iron as the decolorant,the methyl orange solution as the goal pollutant,this article stud-ied the methyl orange solution decolorization by nano-zero valent iron.The experimental results indicated that the longer the decol-orization time was,the higher the decolorization rate was at the very start,and the rate didn't change after certain time at the condition of settled initial concentration of dye and adding powdered iron.The decolorization efficiency of methyl orange was better while using acid pickling powdered iron.The decolorization rate increased with the laundering time of powdered iron decreased.The faster the rev of swing bed was,the better the decolorization efficiency was.Key words Zero Valent Iron Methyl Orange Decolorization收稿日期：2010-09-19资助项目：湖南省教育厅项目09C780，怀化学院大学生创新性实验项目资助。
纳米零价铁在水处理中的应用研究
普通 铁 粉 处 理 电镀 废水 以及 其 他 含 重 金 属 离 子
径： 一是金属铁直接反应将表面电子转移至有机氯化 物使之脱氯 ；二是金属铁腐蚀产生的 Ｆ 原作用使 ｅ
废水在国内外已有广泛应用。 ｉ ｑ ｉ ７ Ｘａ ｉ Ｌ 等【 ｏｎ Ｊ 根据重金 属离子氧化还原电位的不同提出了三种 Ｎ Ｖ 对重金 ＺＩ 属离子的去除机理 。 对氧化还原电位低于铁的重金属
纳 米零 价铁 用 于去 除水 中铬 污染 的研 究很 多 。王 吟 等 ［ 认 为 纳 米铁 处理 含 铬废 水 机 理 主要 是 物理 吸 ８ １
米铁吸附硫离子的过程符合拟二级动力学方程。 纳米 铁 去 除硝 酸 盐 的原 理 主 要 是 氧 化还 原 作 用
物 ， 括氯 代烃 、 化 苯 、 药 、 卤 甲烷 、 包 氯 农 三 氯化 乙烯及 其 他多 氯碳 氢化 合物 等 。
胡存杰等ｆ ６ １ 对纳米铁降解水中氯代十六烷基吡啶的影 响因素进行 了探讨。结果表明： Ｄ 在 Ｈ值为 ６ 紫外光 、
照时间为 ６ ｉ 时， Ｏ ｎ 纳米铁粉末催化降解氯代十六烷 ｍ 基吡啶的最佳用量为 ０ ５ ５ Ｌ 对氯代十六烷基 ． ０ｇ ｏ ， ０ ／ ｍ 吡 啶溶液 的降解 率 达 ９．２ ４５％。
Ｎ２ ｐ ｚ ｉ ，ｂ 等通过吸附和还原共 同作用去 除重金 属离 ＋ ＋
子。Ａ ｃ Ｈ ２ ｃ６ ，ｕ ， ｇ ，ｒ等氧化还原 电位远高于铁的重 ＋ ＋
金属离子则与其发生氧化还原作用。
剂。因此 ， 在降解过程中可采用双金属系统或添加适
山 水利 鲁 西 昌
技术与应用 ・０ ２年第 ３期 ２１
Ｓ ＨＡＮＸ ＡＴ ＩＷ ＥＲ ＲＥ ０Ｕ Ｓ ＲＣＥ Ｓ
纳 米 零 价 铁 在 水 处 理 中 的 应 用 研 究
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席宏波等[17]提出纳米铁对硫离子的去除主要是通 过形成表面络合物、硫氢基氧化铁和硫化铁沉淀吸附 在纳米铁表面来去除。纳米铁（粒径<25 nm）对硫离子 的吸附能力远大于还原铁粉，纳米铁和还原铁粉对 100 mg/L 的硫离子去除率分别为 100%和 25.07%。纳
山西水利
技术与应用·2012 年第 3 期
当的表面活性剂来提高反应活性。 王薇等[4]利用微乳聚合原位包覆法制备了平均粒
径约为 80 nm 的高分子聚合物 PMMA 包覆型纳米铁 粒子，包覆后纳米铁在空气中的稳定性明显提高。该 复合粒子仍能有效降解环境污染物 TCE，包覆层的存 在并没有明显影响 TCE 的最终去除率和还原脱氯率。 包覆型纳米铁对 TCE 的还原反应符合准一级反应动 力学。常春等[5] 利用在介质中处于团簇状态的纳米零 价铁对 γ-HCH 进行了还原脱氯研究。结果表明， NZVI 具有很高的表面反应活性，对 γ-HCH 去除率达 90%以上。NZVI 对 γ-HCH 的去除符合准一级反应动 力学方程。根据检出产物及理论推测，确定降解途径 可能为：γ-HCH→四氯环己烯→二氯环己二烯→苯和 氯苯，涉及双氯脱除反应和脱氯化氢两种反应机制。 胡存杰等[6]对纳米铁降解水中氯代十六烷基吡啶的影 响因素进行了探讨。结果表明：在 pH 值为 6、紫外光 照时间为 60 min 时，纳米铁粉末催化降解氯代十六烷 基吡啶的最佳用量为 0．050 g/50 mL，对氯代十六烷基 吡啶溶液的降解率达 94.52％。 2 纳米铁去除有毒金属
大量研究表明：FeO 在一定条件下与废水中偶氮 染料反应使染料分子的偶氮键发生断裂，破坏了染料 的发色或助色基，从而达到脱色目的。赵宗山等[19]合成 了负载在阳离子交换树脂表面的实验表明该材料对 0.05 g/L 酸性橙 7、酸性橙 8、酸性橙 10、日落黄和甲基 橙等偶氮染料有很好的降解能力，4 min 内的降解效 率达到 95%以上。该材料的 NZVI 在降解污染物时被 氧化成的 Fe2+会被重新交换到树脂表面，经 KBH4 还 原后可再生为 ZVI，供循环使用，是一项能够较好解决 纳米零价铁回收和再生等难题的新技术。唐玉斌等[20] 对纳米铁降解水中偶氮染料酸性红 B 动力学规律进 行了探讨。结果表明，纳米铁对酸性红 B 的降解过程 符合表观一级反应动力学规律。在相同实验条件下， 纳米铁对酸性红 B 的降解速率比普通铁提高了 4.7 倍，反应活化能降低了 65%。任海萍等 研 [21] 究得 出，纳米零价铁对酸性品红有很好的脱除作用，酸性 品红的脱除率随温度的升高、纳米零价铁用量的增加 以及酸性品红初始浓度的降低而逐渐增大；纳米零价 铁对酸性品红有吸附和降解的双重作用，而以降解作 用为主。陈征贤等[22]采用液相还原法制备膨润土负载 纳米铁，其对加标（100 mg/L）实际废水中甲基橙的去 除率达到 99.75%，表明其对高浓度的染料废水负载 纳米铁是一种潜在的环境修复材料。 5 结语
理，无机离子的转化以及染料废水的脱色方面的研究和应用现状进行了总结，展望了纳米铁在水污染控制领
域的应用前景。
［关键词］纳米铁；卤代有机物；有毒金属；染料；环境修复
［中图分类号］X703.1
［文献标识码］A
［文章编号］1004-7042（2012）03-0036-03
纳 米 铁 （nanodcale zero -valent iron， 以 下 简 称 NZVI）由纳米级（1~100 nm）的零价铁粒子组成。大量 研究表明，纳米铁能有效去除环境中许多常规化学方 法或微生物难以降解的污染物，如含氯有机可溶物 质、有机氯农药、有机染料、各种无机化合物、重金属 离子等。近年来，产生了各种纳米铁的合成方法、表面 性质修饰方法及提高纳米铁实际应用效率的方法。本 文对纳米铁在水处理领域的研究应用现状进行阐述。 1 纳米铁去除有机卤代物
［参 考 文 献］
[1] Gillham R W. O'Hannesin S F [J]. Ground Water，1994，32： 958-967.
[2] ZHANG W，ELLIOTT D W. Application of iron nanoparticles for ground water remediation [J]. Remediation Journal， 2003，16（2）：7-21.
普通铁粉处理电镀废水以及其他含重金属离子 废水在国内外已有广泛应用。Xiaoqin Li 等[7] 根据重金 属离子氧化还原电位的不同提出了三种 NZVI 对重金 属离子的去除机理。对氧化还原电位低于铁的重金属 如 Zn2+，Cd2+，Ba2+等，NZVI 仅通过吸附作用将重金属 离子去除。而对氧化还原电位稍高于铁的重金属如 Ni2+，Pb2+等通过吸附和还原共同作用去除重金属离 子。Ag+，Cu2+，Hg2+，Cr6+等氧化还原电位远高于铁的重 金属离子则与其发生氧化还原作用。
米铁吸附硫离子的过程符合拟二级动力学方程。 纳米铁去除硝酸盐的原理主要是氧化还原作用
和吸附作用，而其降解动力学尚未有定论，有学者认 为其反应动力学与 Fe/N 比值有关。研究表明，实验室 自制纳米铁粒子具有很高的活性，无需控制 pH 值即 可与硝酸盐迅速完全反应，效果远优于普通零价铁。 在纳米铁过量的情况下，反应终产物主要为氨氮。各 种环境因素如纳米铁制备方法等会影响其去除硝酸 盐的效率。王学等[18]用液相还原法制备壳聚糖稳定纳 米铁、油酸钠稳定纳米铁和普通纳米铁，在无氧条件 下将其分别与反硝化细菌耦合用于地下水中硝酸盐 污染物的去除研究。结果表明，在综合反应速率、产物 和对细菌的毒性等诸多因素中，油酸钠稳定纳米铁与 反硝化细菌的耦合效果最好。 4 纳米铁脱色
36 山西水利
纳米零价铁用于去除水中铬污染的研究很多。王 吟等 [8] 认为纳米铁处理含铬废水机理主要是物理吸 附、氧化还原共沉淀和絮凝的共同作用。钱慧静[9]在纳 米级零价铁制备中添加稳定剂羧甲基纤维素，以有效 防止纳米铁的聚合，提高纳米级零价铁对水中 C（r VI） 的还原去除，相同条件下其除铬效率约为普通纳米级 FeO 的 4.3 倍，铁屑的 12 倍。汪帅马[10]的研究表明，活 性炭纤维负载型纳米铁对 C（r VI）的去除是纳米铁和 活性炭纤维共同作用的结果。铁和 C（r VI）反应后，以 铁氧体的形式沉淀出来，从而将 Cr（VI）从水体中去 除，同时活性炭纤维也吸附了一部分 Cr（VI），从而达 到联合去除水体中 C（r VI）的目的。耿兵[11]制备出壳聚 糖稳定纳米铁平均粒径为 82.4 nm，且具有一定的抗 氧化性能，呈现出很好的分散状态。冯婧微等[12]研究发 现，在 NZVI 加入量为 0.15 g/L，温度 25℃，水体中 20 mg/L 以下的条件下，C（r VI）去除率大于 99.5%。表 明温度对 C（r VI）的去除效率影响明显，低温下发生物 理吸附，温度逐步升高至某一数值时会发生化学吸 附。二者的吸附作用为物理吸附和化学吸附共同作用 的结果，准二级动力学方程很好地表达吸附全过程。
[D].杭州：浙江大学，2008. [10] 汪帅马. 活性炭纤维负载型纳米铁的制备与去除水体中
六价铬的研究[D].天津：南开大学，2009. [11] 耿兵. 壳聚糖稳定纳米铁的制备与修复地表水中六价铬
污染的研究[D].天津：南开大学，2009. [12] 冯婧微，梁成华，王黎.零价纳米铁处理水中 C（r Ⅵ）的实
除降解水中的铬污染外，纳米零价铁在去除水中 其他有毒或放射性物质方面的应用也较为广泛。牛少 凤等[13]研究得出，纳米级铁可将 p-NCB 降解为对氯苯 胺（p-CAN），采用纳米级 Ni/Fe 双金属应用于 p-NCB 和 C（r Ⅵ）同步修复，可以取得很好的修复效率，反应 产物为 Cr（Ⅲ）和苯胺，且不产生中间产物。 朱慧杰 等[14]以活性炭为载体，利用液相还原方法制备了一种 负载型纳米铁吸附剂，使 As （Ⅲ） 的去除率达到 99.86%。吸附过程中 As（Ⅲ）部分被吸附剂氧化。天然 水环境中常见的阴阳离子中，磷酸根、硅酸根对该吸 附除 As（Ⅲ）效果有不同程度的抑制作用外，其他离 子影响不大。张小宝等[15]对零价纳米铁去除 ReO4-进 行了研究，结果表明：ReO4- 初始浓度较低，溶液 pH 调 至中性或微碱条件下，纳米铁去除 ReO4-反应速率较 快，其还原过程符合一级反应动力学方程。严森[16]的研 究表明，纳米铁在厌氧条件下能够很快去除水中的 铀，水中铀的去除由吸附和还原引起，其反应过程是 水中铀先吸附到纳米铁表面，随后被还原为四价铀。 3 纳米铁去除水中无机离子
据 Matheson 和 Tratnyek[3]报道，在 FeO-H2O 体系 中存在三种还原剂，分别为金属铁、亚铁离子和氢气。 因此，有机氯化物的脱氯过程有下列四种可能反应途 径：一是金属铁直接反应将表面电子转移至有机氯化 物使之脱氯；二是金属铁腐蚀产生的 Fe2+还原作用使 部分有机氯化物脱氯；三是反应体系中的氢气使有机 氯化物还原脱氯；四是吸附作用。在修复地下水中氯 污染物时，若有合适的催化剂，上述反应均可能发生， 铁的表面及系统中的其他固相均可能提供这种催化 剂。因此，在降解过程中可采用双金属系统或添加适
纳米铁对许多有机氯污染物的快速降解可在原 位或异位氧化还原过程中完成，其中污染物作为电子 受体，纳米铁作为电子供体。利用纳米铁修复地下水 中氯污染物已成为一门新技术。1994 年，Gillham 等[1] 首次采用了零价铁（zero valent iron，以下简称 ZVI）降 解氯代有机物，并提出了原位可渗透反应墙概念，用 于地下水有机氯化物的原位修复。Zhang 等[2]研究表 明，纳米铁能有效降解一系列常见卤代烃有机污染 物，包括氯代烃、氯化苯、农药、三卤甲烷、氯化乙烯及 其他多氯碳氢化合物等。
技术与应用
SHANXI WATER RESOURCES
纳米零价铁在水处理中的应用研究
王静波 1，田海风 2
山西水利
技术与应用·2012 年第 3 期
当的表面活性剂来提高反应活性。 王薇等[4]利用微乳聚合原位包覆法制备了平均粒
径约为 80 nm 的高分子聚合物 PMMA 包覆型纳米铁 粒子，包覆后纳米铁在空气中的稳定性明显提高。该 复合粒子仍能有效降解环境污染物 TCE，包覆层的存 在并没有明显影响 TCE 的最终去除率和还原脱氯率。 包覆型纳米铁对 TCE 的还原反应符合准一级反应动 力学。常春等[5] 利用在介质中处于团簇状态的纳米零 价铁对 γ-HCH 进行了还原脱氯研究。结果表明， NZVI 具有很高的表面反应活性，对 γ-HCH 去除率达 90%以上。NZVI 对 γ-HCH 的去除符合准一级反应动 力学方程。根据检出产物及理论推测，确定降解途径 可能为：γ-HCH→四氯环己烯→二氯环己二烯→苯和 氯苯，涉及双氯脱除反应和脱氯化氢两种反应机制。 胡存杰等[6]对纳米铁降解水中氯代十六烷基吡啶的影 响因素进行了探讨。结果表明：在 pH 值为 6、紫外光 照时间为 60 min 时，纳米铁粉末催化降解氯代十六烷 基吡啶的最佳用量为 0．050 g/50 mL，对氯代十六烷基 吡啶溶液的降解率达 94.52％。 2 纳米铁去除有毒金属
大量研究表明：FeO 在一定条件下与废水中偶氮 染料反应使染料分子的偶氮键发生断裂，破坏了染料 的发色或助色基，从而达到脱色目的。赵宗山等[19]合成 了负载在阳离子交换树脂表面的实验表明该材料对 0.05 g/L 酸性橙 7、酸性橙 8、酸性橙 10、日落黄和甲基 橙等偶氮染料有很好的降解能力，4 min 内的降解效 率达到 95%以上。该材料的 NZVI 在降解污染物时被 氧化成的 Fe2+会被重新交换到树脂表面，经 KBH4 还 原后可再生为 ZVI，供循环使用，是一项能够较好解决 纳米零价铁回收和再生等难题的新技术。唐玉斌等[20] 对纳米铁降解水中偶氮染料酸性红 B 动力学规律进 行了探讨。结果表明，纳米铁对酸性红 B 的降解过程 符合表观一级反应动力学规律。在相同实验条件下， 纳米铁对酸性红 B 的降解速率比普通铁提高了 4.7 倍，反应活化能降低了 65%。任海萍等 研 [21] 究得 出，纳米零价铁对酸性品红有很好的脱除作用，酸性 品红的脱除率随温度的升高、纳米零价铁用量的增加 以及酸性品红初始浓度的降低而逐渐增大；纳米零价 铁对酸性品红有吸附和降解的双重作用，而以降解作 用为主。陈征贤等[22]采用液相还原法制备膨润土负载 纳米铁，其对加标（100 mg/L）实际废水中甲基橙的去 除率达到 99.75%，表明其对高浓度的染料废水负载 纳米铁是一种潜在的环境修复材料。 5 结语
理，无机离子的转化以及染料废水的脱色方面的研究和应用现状进行了总结，展望了纳米铁在水污染控制领
域的应用前景。
［关键词］纳米铁；卤代有机物；有毒金属；染料；环境修复
［中图分类号］X703.1
［文献标识码］A
［文章编号］1004-7042（2012）03-0036-03
纳 米 铁 （nanodcale zero -valent iron， 以 下 简 称 NZVI）由纳米级（1~100 nm）的零价铁粒子组成。大量 研究表明，纳米铁能有效去除环境中许多常规化学方 法或微生物难以降解的污染物，如含氯有机可溶物 质、有机氯农药、有机染料、各种无机化合物、重金属 离子等。近年来，产生了各种纳米铁的合成方法、表面 性质修饰方法及提高纳米铁实际应用效率的方法。本 文对纳米铁在水处理领域的研究应用现状进行阐述。 1 纳米铁去除有机卤代物
［参 考 文 献］
[1] Gillham R W. O'Hannesin S F [J]. Ground Water，1994，32： 958-967.
[2] ZHANG W，ELLIOTT D W. Application of iron nanoparticles for ground water remediation [J]. Remediation Journal， 2003，16（2）：7-21.
普通铁粉处理电镀废水以及其他含重金属离子 废水在国内外已有广泛应用。Xiaoqin Li 等[7] 根据重金 属离子氧化还原电位的不同提出了三种 NZVI 对重金 属离子的去除机理。对氧化还原电位低于铁的重金属 如 Zn2+，Cd2+，Ba2+等，NZVI 仅通过吸附作用将重金属 离子去除。而对氧化还原电位稍高于铁的重金属如 Ni2+，Pb2+等通过吸附和还原共同作用去除重金属离 子。Ag+，Cu2+，Hg2+，Cr6+等氧化还原电位远高于铁的重 金属离子则与其发生氧化还原作用。
米铁吸附硫离子的过程符合拟二级动力学方程。 纳米铁去除硝酸盐的原理主要是氧化还原作用
和吸附作用，而其降解动力学尚未有定论，有学者认 为其反应动力学与 Fe/N 比值有关。研究表明，实验室 自制纳米铁粒子具有很高的活性，无需控制 pH 值即 可与硝酸盐迅速完全反应，效果远优于普通零价铁。 在纳米铁过量的情况下，反应终产物主要为氨氮。各 种环境因素如纳米铁制备方法等会影响其去除硝酸 盐的效率。王学等[18]用液相还原法制备壳聚糖稳定纳 米铁、油酸钠稳定纳米铁和普通纳米铁，在无氧条件 下将其分别与反硝化细菌耦合用于地下水中硝酸盐 污染物的去除研究。结果表明，在综合反应速率、产物 和对细菌的毒性等诸多因素中，油酸钠稳定纳米铁与 反硝化细菌的耦合效果最好。 4 纳米铁脱色
36 山西水利
纳米零价铁用于去除水中铬污染的研究很多。王 吟等 [8] 认为纳米铁处理含铬废水机理主要是物理吸 附、氧化还原共沉淀和絮凝的共同作用。钱慧静[9]在纳 米级零价铁制备中添加稳定剂羧甲基纤维素，以有效 防止纳米铁的聚合，提高纳米级零价铁对水中 C（r VI） 的还原去除，相同条件下其除铬效率约为普通纳米级 FeO 的 4.3 倍，铁屑的 12 倍。汪帅马[10]的研究表明，活 性炭纤维负载型纳米铁对 C（r VI）的去除是纳米铁和 活性炭纤维共同作用的结果。铁和 C（r VI）反应后，以 铁氧体的形式沉淀出来，从而将 Cr（VI）从水体中去 除，同时活性炭纤维也吸附了一部分 Cr（VI），从而达 到联合去除水体中 C（r VI）的目的。耿兵[11]制备出壳聚 糖稳定纳米铁平均粒径为 82.4 nm，且具有一定的抗 氧化性能，呈现出很好的分散状态。冯婧微等[12]研究发 现，在 NZVI 加入量为 0.15 g/L，温度 25℃，水体中 20 mg/L 以下的条件下，C（r VI）去除率大于 99.5%。表 明温度对 C（r VI）的去除效率影响明显，低温下发生物 理吸附，温度逐步升高至某一数值时会发生化学吸 附。二者的吸附作用为物理吸附和化学吸附共同作用 的结果，准二级动力学方程很好地表达吸附全过程。
[D].杭州：浙江大学，2008. [10] 汪帅马. 活性炭纤维负载型纳米铁的制备与去除水体中
六价铬的研究[D].天津：南开大学，2009. [11] 耿兵. 壳聚糖稳定纳米铁的制备与修复地表水中六价铬
污染的研究[D].天津：南开大学，2009. [12] 冯婧微，梁成华，王黎.零价纳米铁处理水中 C（r Ⅵ）的实
除降解水中的铬污染外，纳米零价铁在去除水中 其他有毒或放射性物质方面的应用也较为广泛。牛少 凤等[13]研究得出，纳米级铁可将 p-NCB 降解为对氯苯 胺（p-CAN），采用纳米级 Ni/Fe 双金属应用于 p-NCB 和 C（r Ⅵ）同步修复，可以取得很好的修复效率，反应 产物为 Cr（Ⅲ）和苯胺，且不产生中间产物。 朱慧杰 等[14]以活性炭为载体，利用液相还原方法制备了一种 负载型纳米铁吸附剂，使 As （Ⅲ） 的去除率达到 99.86%。吸附过程中 As（Ⅲ）部分被吸附剂氧化。天然 水环境中常见的阴阳离子中，磷酸根、硅酸根对该吸 附除 As（Ⅲ）效果有不同程度的抑制作用外，其他离 子影响不大。张小宝等[15]对零价纳米铁去除 ReO4-进 行了研究，结果表明：ReO4- 初始浓度较低，溶液 pH 调 至中性或微碱条件下，纳米铁去除 ReO4-反应速率较 快，其还原过程符合一级反应动力学方程。严森[16]的研 究表明，纳米铁在厌氧条件下能够很快去除水中的 铀，水中铀的去除由吸附和还原引起，其反应过程是 水中铀先吸附到纳米铁表面，随后被还原为四价铀。 3 纳米铁去除水中无机离子
据 Matheson 和 Tratnyek[3]报道，在 FeO-H2O 体系 中存在三种还原剂，分别为金属铁、亚铁离子和氢气。 因此，有机氯化物的脱氯过程有下列四种可能反应途 径：一是金属铁直接反应将表面电子转移至有机氯化 物使之脱氯；二是金属铁腐蚀产生的 Fe2+还原作用使 部分有机氯化物脱氯；三是反应体系中的氢气使有机 氯化物还原脱氯；四是吸附作用。在修复地下水中氯 污染物时，若有合适的催化剂，上述反应均可能发生， 铁的表面及系统中的其他固相均可能提供这种催化 剂。因此，在降解过程中可采用双金属系统或添加适
纳米铁对许多有机氯污染物的快速降解可在原 位或异位氧化还原过程中完成，其中污染物作为电子 受体，纳米铁作为电子供体。利用纳米铁修复地下水 中氯污染物已成为一门新技术。1994 年，Gillham 等[1] 首次采用了零价铁（zero valent iron，以下简称 ZVI）降 解氯代有机物，并提出了原位可渗透反应墙概念，用 于地下水有机氯化物的原位修复。Zhang 等[2]研究表 明，纳米铁能有效降解一系列常见卤代烃有机污染 物，包括氯代烃、氯化苯、农药、三卤甲烷、氯化乙烯及 其他多氯碳氢化合物等。
技术与应用
SHANXI WATER RESOURCES
纳米零价铁在水处理中的应用研究
王静波 1，田海风 2