双载体负载改性纳米零价铁及吸附降解性能研究

《生物炭负载纳米零价铁去除水中铬、硒的研究》摘要：本文重点探讨了生物炭负载纳米零价铁（BC-nZVI）复合材料对水中铬、硒等重金属离子的高效去除。

研究通过对BC-nZVI 的制备工艺进行优化，分析其去除水中铬、硒的机理，并对其实际应用效果进行评估。

研究结果表明，BC-nZVI具有优异的重金属离子吸附性能，为水处理领域提供了新的思路和方法。

一、引言随着工业化的快速发展，水体中的重金属污染问题日益严重。

铬、硒等重金属离子因其高毒性、难降解的特性，对环境和人体健康造成了严重威胁。

因此，研究开发高效、环保的水体重金属离子去除技术显得尤为重要。

生物炭负载纳米零价铁（BC-nZVI）作为一种新兴的重金属离子吸附材料，具有吸附性能强、环保、易回收等优点。

本研究以BC-nZVI为研究对象，深入探讨其对水中铬、硒等重金属离子的去除机制。

二、材料与方法1. BC-nZVI的制备本研究所用BC-nZVI采用生物炭为载体，通过化学还原法制备纳米零价铁。

具体步骤包括生物炭的制备、纳米零价铁的合成及与生物炭的复合。

2. 实验方法（1）实验设计：设置不同浓度的铬、硒溶液，探究BC-nZVI的吸附性能。

（2）吸附实验：在特定条件下进行吸附实验，记录不同时间点的吸附量。

（3）数据分析：通过数据分析，研究BC-nZVI对铬、硒的吸附机制及影响因素。

三、结果与讨论1. BC-nZVI的表征通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察BC-nZVI的形貌，发现其具有多孔结构，有利于重金属离子的吸附。

同时，X射线衍射（XRD）分析表明BC-nZVI中含有铁氧化物和铁单质等成分。

2. 铬、硒的去除效果实验结果表明，BC-nZVI对水中铬、硒等重金属离子具有优异的去除效果。

随着溶液中铬、硒浓度的增加，BC-nZVI的吸附量也相应增加。

同时，BC-nZVI对铬、硒的去除效率受pH值、温度等因素的影响。

在适当的条件下，BC-nZVI可以实现对水中铬、硒的高效去除。

《负载型零价铁复合纳米材料的制备及其去除Cr（Ⅵ）研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染问题日益严重，尤其是铬（Cr）的污染问题备受关注。

铬（Ⅵ）是一种有毒的重金属离子，对环境和生物体具有极大的危害。

因此，开发高效、环保的方法来去除水体中的Cr（Ⅵ）显得尤为重要。

负载型零价铁复合纳米材料因其高反应活性、大比表面积和良好的环境相容性，被广泛应用于重金属离子的去除。

本文旨在研究负载型零价铁复合纳米材料的制备方法及其对Cr（Ⅵ）的去除效果。

二、负载型零价铁复合纳米材料的制备1. 材料与方法本实验采用化学共沉淀法结合高温煅烧法制备负载型零价铁复合纳米材料。

具体步骤如下：首先，将一定量的铁盐与载体材料混合，加入适量的沉淀剂，在一定的温度和pH值下进行共沉淀反应；然后，将得到的沉淀物进行高温煅烧，得到负载型零价铁复合纳米材料。

2. 结果与讨论通过XRD、SEM、TEM等手段对制备得到的负载型零价铁复合纳米材料进行表征。

结果表明，该材料具有较高的结晶度和良好的分散性，且铁元素成功负载在载体上。

此外，该材料具有较大的比表面积，有利于提高对Cr（Ⅵ）的吸附和还原能力。

三、负载型零价铁复合纳米材料去除Cr（Ⅵ）的研究1. 实验方法以负载型零价铁复合纳米材料为吸附剂，研究其对Cr（Ⅵ）的去除效果。

通过改变吸附剂的投加量、pH值、温度等条件，探究各因素对去除效果的影响。

同时，采用紫外-可见分光光度法等方法对Cr（Ⅵ）的浓度进行测定。

2. 结果与讨论实验结果表明，负载型零价铁复合纳米材料对Cr（Ⅵ）具有较好的去除效果。

随着吸附剂投加量的增加和pH值的降低，去除效果逐渐增强。

此外，温度对去除效果也有一定影响，在一定范围内，升高温度有利于提高去除效果。

通过对吸附动力学和吸附等温线的研究发现，该材料对Cr（Ⅵ）的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。

这表明该材料对Cr（Ⅵ）的吸附过程主要是化学吸附和单层吸附。

第 54 卷第 11 期2023 年 11 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.11Nov. 2023生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解水中菲的性能研究周来1, 2，王一臣1, 2，李丹琼1, 2，张洁慧1, 2，朱雪强1, 2(1. 矿山生态修复教育部工程研究中心，江苏 徐州，221116；2. 中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州，221116)摘要：生物炭负载纳米铁(BC@nZVI)是一种新型的高效非均相活化材料，可活化过硫酸盐(PS)进行原位化学氧化，去除焦化场地等复杂污染场地中的多环芳烃。

针对BC@nZVI 活化PS 对菲(PHE)降解性能及影响因素，基于液相还原法制备BC@nZVI ，采用BET 比表面积测试、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射技术、傅里叶变换红外光谱等表征BC@nZVI 的孔隙结构、表观形貌、元素分布、结构形态、物相组成、官能团等特性，研究BC@nZVI 铁碳比、BC@nZVI 投加量、PHE 初始浓度、PS 浓度等因素对BC@nZVI 活化PS 降解PHE 的影响。

采用准一级动力学模型评估PHE 的降解动态，采用电子顺磁共振(EPR)确定BC@nZVI/PS 体系中的自由基。

研究结果表明，BC 可有效负载nZVI 并缓解nZVI 的团聚，有利于提高对PS 的活化效率；铁碳比为1꞉4(质量比)的BC@nZVI 活化PS 降解PHE 的效果最优，在PHE 初始质量浓度为1 mg/L 、PS 浓度为1.6 mmol/L 、BC@nZVI 投加量为0.6 g/L 的最佳条件下，PHE 的降解率达到94.59%。

PHE 的降解率随着PHE 初始质量浓度的升高而降低；在酸性环境下的PHE 降解效果优于中性及碱性环境下的PHE 降解效果。

《改性纳米零价铁和奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究》改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染已成为全球范围内的环境问题。

其中，铬（Cr）是常见的一种重金属污染物，其以六价态（Cr(Ⅵ)）存在时具有极强的毒性和致癌性。

因此，开发高效、环保的废水处理技术，特别是针对Cr(Ⅵ)的去除技术，显得尤为重要。

近年来，改性纳米零价铁（MNZVI）和奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）在废水处理中均表现出良好的应用前景。

本文旨在研究改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的效果及机制。

二、改性纳米零价铁的制备与性质改性纳米零价铁（MNZVI）是通过物理或化学方法对纳米零价铁进行表面改性得到的材料。

这种材料具有较高的反应活性、大的比表面积以及良好的电子传递能力，能有效去除废水中的重金属离子。

本研究所用的改性纳米零价铁通过特定的化学方法制备，其表面含有丰富的活性基团，有利于与Cr(Ⅵ)发生还原反应。

三、奥奈达希瓦氏菌的特性及其在重金属去除中的作用奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）是一种具有较强还原能力的细菌，能够通过细胞呼吸过程将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。

此外，该菌还能促进电子的传递，增强MNZVI与Cr(Ⅵ)之间的反应。

因此，将奥奈达希瓦氏菌引入到MNZVI去除Cr(Ⅵ)的体系中，有望提高废水中Cr(Ⅵ)的去除效率。

四、协同去除实验及结果分析本实验采用改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)。

首先，将MNZVI与S. oneidensis按照一定比例混合，然后加入含Cr(Ⅵ)的废水中。

通过测定不同时间点废水中Cr(Ⅵ)的浓度，分析MNZVI与S. oneidensis对Cr(Ⅵ)的去除效果。

实验结果表明，协同作用下废水中Cr(Ⅵ)的去除率明显高于单独使用MNZVI或S. oneidensis。

2023年6月杨竞莹等：改性纳米零价铁材料制备的研究进展中，CMC 改性的nZVI 相较于淀粉改性的nZVI 具有更强的稳定性、更大的反应速率和活性；并且CMC 价格低廉、易获取、无毒害，可深入研究其与铁颗粒之间的作用机理，为工业化生产提供保障。

但表面包覆的方法很难在循环中保持可重复使用性和可分离性，仍需基于生产成本、功能及环境兼容性研发性能更加优异的新材料。

2 负载型nZVI负载型改性通过将nZVI 分散到具有孔隙结构的支撑载体上，为nZVI 提供更多的活性位点。

本身具有吸附性能的载体材料也可加速污染物跟nZVI 的反应，从而促进污染物的降解。

负载材料一般包括碳基材料、黏土矿物、膜材料等。

2.1 碳基材料负载型nZVI活性炭、生物炭、有序介孔碳、氧化石墨烯等碳基材料具有丰富的基团和较大的比表面积，常用作nZVI 的支撑材料[31]，且厌氧系统中添加Fe-C 颗粒可减少酸性物质的积累，提高产甲烷菌的活性。

生物炭（BC ）不仅为nZVI 的负载或微生物的黏附提供潜在的位点（图6），还可促进直接种间电子转移（DIET ），加速产甲烷菌对乙酸盐的转化，也可通过氢营养型产甲烷菌的作用促进甲烷的生成[32]。

Lim 等[33]发现添加松木屑生物炭负载的nZVI 可以缓解高负荷食物垃圾厌氧消化过程中挥发性脂肪酸和氨的抑制作用，甲烷产量比对照组提高105.55%。

石墨烯（GNS ）是sp 2杂化的二维碳，具有比表面积大、机械强度高等特点，是一种很有前途的新型二维载体，可用于支撑金属纳米颗粒，有效抑制金属纳米颗粒的聚集[34]。

陈砚田等[35]利用还原氧化石墨烯负载零价铁可将废水中三硝基甲苯（TNT ）处理到检出限0.1mg/L 以下，且处理后的杂化材料活性可通过煅烧恢复。

碳基材料作为nZVI 的载体不仅可以提高nZVI 的比表面积，减少其团聚，还可以加快电子传递效率（表5）。

但在合成Fe-C复合材料的过程中，铁图6　稻壳衍生生物炭负载nZVI 的SEM 图像[38]及负载改性效果图图5　胞外聚合物改性nZVI 的TEM 图像及元素扫描图像[29]··2979化工进展， 2023， 42（6）芯被大量腐蚀，其合成方法还有待提高。

《改性纳米零价铁和奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究》改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染已成为全球性的环境问题。

其中，铬（Cr）作为典型的重金属污染物之一，尤其以其六价形态（Cr(Ⅵ)）具有极高的毒性和环境危害性，在废水中普遍存在。

Cr(Ⅵ)可通过食物链进入人体，引发严重的健康问题。

因此，开发高效、环保的废水处理技术，特别是针对Cr(Ⅵ)的去除技术，显得尤为重要。

近年来，改性纳米零价铁（MNZVI）和奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）因其在废水处理中的良好性能受到广泛关注。

本研究将探讨这两种技术协同去除废水中Cr(Ⅵ)的效果及机制。

二、改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌的概述1. 改性纳米零价铁（MNZVI）改性纳米零价铁是一种具有高反应活性的纳米材料，能够通过还原反应去除废水中的重金属离子。

其改性过程可提高表面活性，增强与污染物的反应能力。

2. 奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）奥奈达希瓦氏菌是一种具有生物修复能力的细菌，能够通过生物还原作用去除重金属。

此外，该菌种还能促进电子在固相与液相之间的传递，提高电子利用效率。

三、改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除Cr(Ⅵ)的实验研究1. 材料与方法本实验采用改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌进行协同处理，以模拟废水中的Cr(Ⅵ)为研究对象。

通过改变反应条件，如pH 值、反应时间、反应温度等，观察两种材料对Cr(Ⅵ)的去除效果。

同时，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段对反应过程中材料的形态和结构变化进行观察和分析。

2. 实验结果与分析实验结果表明，改性纳米零价铁和奥奈达希瓦氏菌在协同作用下能够显著提高对Cr(Ⅵ)的去除效果。

在适当的pH值和温度条件下，两种材料能够充分发挥其作用，实现高效、快速的Cr(Ⅵ)去除。

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。

纳米零价铁基双金属复合材料降解水体污染物的研究进展赵毅;王添颢;王永斌;聂国欣;王晓慧【摘要】复杂多样的水体污染物日益破坏生态环境同时威胁人类健康.纳米零价铁基双金属复合材料可用于高效还原降解多种水体污染物.着重从纳米双金属材料的分类、制备、应用进展和反应机理等方面进行综述,针对研究中存在的不足和今后的研究方向提出建议.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】7页(P93-99)【关键词】纳米零价铁基双金属复合材料;水体污染物;还原降解;研究进展【作者】赵毅;王添颢;王永斌;聂国欣;王晓慧【作者单位】华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003;华北电力大学环境科学与工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】X5230 引言在中国，电镀、有色金属冶炼、采矿、金属合金和电子产品制造等行业每年向环境水体中排放大量包含多种重金属离子的工业废水，根据中国国家统计局2013年发布的环境统计数据，其总量超过10亿立方米[1]。

水体中大部分痕量的重金属便具有剧毒性和不可降解性，易在食物链中富集而表现出生物放大效应，严重危及生态系统和人身健康[2， 3]。

此外，水体中含量超标的阴离子如硝酸根、亚硝酸根和磷酸根等将引发水体富营养化和生物多样性锐减等不可挽回的环境问题[4]。

世界卫生组织规定，饮用水中硝酸盐含量不得超过50 mg/L[5]. 而美国环境保护署在2013年更严格限定，饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和铅的容许极限分别为10 mg/L、1 mg/L 和15 μg/L. 除上述无机污染物，被污染水体中还包含诸多有机污染物，如氯化烃类[6]、硝基苯[7]、含氯苯酚[8]、多氯联苯(PCBs)[9]和杀虫剂[10]等。