纳米零价铁处理含重金属工业废水研究进展

纳米材料在水处理中的应用与研究水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。

然而，随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，给人类的健康和生态环境带来了巨大的威胁。

传统的水处理方法在应对一些复杂的污染物时往往效果不佳，因此，寻找高效、经济、环保的水处理技术成为了当前研究的热点。

纳米材料因其独特的物理、化学性质，在水处理领域展现出了广阔的应用前景。

一、纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（1 100 纳米）的材料。

由于其尺寸小，纳米材料具有比表面积大、表面活性高、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。

比表面积大意味着纳米材料能够提供更多的反应位点，从而增强与污染物的相互作用。

表面活性高使得纳米材料更容易与其他物质发生化学反应，提高了其对污染物的去除能力。

量子尺寸效应和宏观量子隧道效应则赋予了纳米材料独特的电学、光学和磁学性质，为其在水处理中的应用提供了更多的可能性。

二、纳米材料在水处理中的应用1、纳米吸附剂纳米吸附剂在去除水中的重金属离子、有机污染物等方面表现出色。

例如，纳米零价铁（nZVI）可以有效地去除水中的六价铬（Cr(VI)）。

nZVI 具有高反应活性，能够将 Cr(VI)还原为毒性较低的 Cr(III)，从而实现铬的去除。

此外，纳米碳材料如碳纳米管（CNTs）和石墨烯也被广泛应用于水中有机污染物的吸附去除。

CNTs 具有良好的孔隙结构和较大的比表面积，能够吸附多种有机污染物，如苯、甲苯、酚类等。

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理化学性质，对有机污染物也表现出了很强的吸附能力。

2、纳米催化剂纳米催化剂在水处理中的应用主要包括光催化和电催化。

光催化是利用纳米半导体材料（如 TiO₂、ZnO 等）在光照条件下产生的电子空穴对来氧化分解水中的污染物。

这些纳米半导体材料具有能带结构，当受到能量大于其禁带宽度的光照射时，会产生电子空穴对。

电子和空穴具有很强的氧化还原能力，能够将水中的有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质。

纳米材料在环境治理中的新应用研究在当今社会，环境问题日益严峻，成为了全球关注的焦点。

各种污染物质如重金属离子、有机污染物、大气颗粒物等对生态系统和人类健康造成了严重威胁。

为了应对这些挑战，科学家们不断探索创新的环境治理技术，其中纳米材料因其独特的物理化学性质展现出了巨大的应用潜力。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1 100 纳米）的材料。

由于其尺寸极小，纳米材料具有比常规材料更大的比表面积、更高的表面活性和独特的量子效应等特性，这使得它们在环境治理领域能够发挥出色的作用。

纳米零价铁（nZVI）是一种在环境治理中备受关注的纳米材料。

它具有很强的还原能力，可以将许多污染物如六价铬、硝酸盐等还原为低毒性或无害的物质。

例如，在处理地下水中的六价铬污染时，nZVI 能够迅速将六价铬还原为三价铬，从而降低其毒性和迁移性。

此外，nZVI 还可以用于降解有机氯农药等有机污染物，通过还原脱氯反应将其转化为无害的产物。

纳米二氧化钛（TiO₂）也是一种常见的纳米材料，在环境治理中主要用于光催化降解有机污染物。

当受到紫外线或可见光照射时，纳米 TiO₂会产生电子空穴对，这些电子和空穴具有很强的氧化还原能力，可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质。

纳米 TiO₂在处理印染废水、含油废水等方面表现出了良好的效果。

除了上述两种纳米材料，碳纳米管（CNTs）在环境治理中也有新的应用。

CNTs 具有优异的吸附性能，可以有效地吸附水中的重金属离子和有机污染物。

同时，CNTs 还可以作为传感器的材料，用于检测环境中的污染物。

例如，通过修饰 CNTs 表面，可以制备出对特定污染物具有高灵敏度和选择性的传感器，实现对环境中微量污染物的快速检测。

纳米材料在大气污染治理方面也有出色的表现。

纳米级的催化剂如铂纳米颗粒、钯纳米颗粒等，可以提高汽车尾气净化装置的催化效率，降低有害气体的排放。

此外，纳米材料还可以用于制造高效的空气过滤膜，能够过滤掉空气中的细微颗粒物和有害气体，改善空气质量。

第53卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 1 2024年1月 Liaoning Chemical Industry January，2024基金项目：辽宁省教育厅科学研究经费项目（JQL202015402）、（JFL202015403）以及辽宁省大学生创新创业训练计划项目（S202210154006）。

收稿日期：2022-12-27纳米零价铁对化工污染土壤修复研究现状赵文媛，王春勇*，李英，田沙沙（辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001）摘 要：纳米零价铁（nZVI）作为一种新型的环境修复材料，被广泛应用于环境污染物的去除。

介绍了nZVI 的结构和特性，并重点综述了nZVI 修复化工污染土壤中涉及的重金属和有机物污染的研究现状。

最后展望了应用nZVI 进行土壤修复的发展趋势。

关 键 词：纳米零价铁；土壤修复；重金属；有机物中图分类号：X53 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）01-0103-03土壤是地球生态系统重要的物质基础，而土壤污染会导致食物品质下降，危害人体健康（如癌症以及神经系统损伤等），并诱发其他环境问题[1-2]。

随着我国化工行业的高速发展，化工厂中流出大量污染物，其中重金属和有机物污染已成为我国土壤目前面临的最严重环境问题之一[3-5]。

已有研究表明，土壤重金属和有机物污染已成为制约我国农业可持续发展关键因素[6-8]。

因而，亟需寻求合适的修复手段对化工厂污染的土壤进行修复。

在过去的20多年里，纳米零价铁（nZVI）是环境净化研究领域最深入的材料之一[9]。

nZVI 作为一种纳米材料，被认为是具有巨大潜力的环境修复材料，因为它们具有很强的吸附能力和反应性以及减少和降解污染物的能力[10-11]。

nZVI 还具有比表面积大、颗粒尺寸小、反应活性高、无毒、价格低廉等优点[10-11]。

研究表明，nZVI 能有效地修复化工重金属污染土壤[10-12]。

纳米材料在环境治理中的新应用研究进展一、纳米材料在水污染治理中的应用1、纳米吸附剂纳米吸附剂具有高比表面积和丰富的表面活性位点，能够高效地吸附水中的重金属离子、有机污染物等。

例如，纳米零价铁（nZVI）对铬、汞等重金属离子有很强的还原和吸附能力；碳纳米管（CNTs）可以有效地吸附有机染料和农药等污染物。

此外，一些新型的纳米吸附剂，如金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs），因其具有高度可调的孔隙结构和化学功能，在水污染治理中表现出了优异的性能。

2、纳米催化剂纳米催化剂能够加速水中污染物的氧化还原反应，从而实现污染物的降解和去除。

例如，纳米二氧化钛（TiO₂）在紫外光的照射下，能够产生强氧化性的羟基自由基（·OH），将水中的有机污染物分解为无害物质；纳米铁氧化物（如 Fe₃O₄）可以作为类芬顿催化剂，在过氧化氢（H₂O₂）的存在下，有效地降解有机污染物。

3、纳米膜分离技术纳米膜具有孔径小、分离效率高、能耗低等优点，在水处理中得到了广泛的应用。

例如，纳米过滤膜可以去除水中的小分子有机物、重金属离子等；反渗透膜能够有效地去除水中的盐分和各种污染物，实现水的净化和回用。

二、纳米材料在大气污染治理中的应用1、纳米催化剂在尾气净化中的应用汽车尾气是大气污染的主要来源之一。

纳米催化剂，如铂（Pt）、钯（Pd）等负载在纳米载体上，可以提高催化剂的活性和稳定性，有效地将尾气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）转化为无害物质。

2、纳米吸附剂在空气净化中的应用纳米吸附剂，如沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）和介孔二氧化硅（MS）等，能够吸附空气中的有害气体，如二氧化硫（SO₂）、甲醛（HCHO）和挥发性有机化合物（VOCs）等，从而改善空气质量。

3、纳米材料在大气颗粒物治理中的应用大气颗粒物对人体健康和环境质量有严重影响。

纳米材料可以用于开发高效的过滤材料，如纳米纤维膜和静电纺丝纳米膜，能够有效地捕获大气中的颗粒物。

8oe.50 No.5May2021第50卷第5期2021年5月应用化工Appeod Ch mocaeIndustey硫化纳米零价铁在水环境修复中的研究进展刘清1,刘欢1,招国栋2，许艺文1（1-南华大学污染控制与资源化技术湖南省重点实验室，湖南衡阳421001 ；2.南华大学资源环境与安全工程学院，湖南衡阳421001）摘要:总结了近年来国内外关于硫化纳米零价铁在水环境修复中的研究报道;归纳了硫化纳米零价铁的合成方法、硫化改性的优点、修复水环境的作用机理;重点讨论了影响硫化纳米零价铁修复水环境的主要因素，如硫化方 法、S/Fe 比、pH 、共存离子、溶解氧等;提出了硫化纳米零价铁在水环境修复中存在的问题以及展望了其未来发展 方向。

关键词:硫化纳米零价铁;水环境修复;修复机理;影响因素中图分类号:TQ050.4；X 703文献标识码:A 文章编号：1671 -3206（2021 ）05 - 1330 -05Research progress of sulfiCated nanoscale zero-valentiron in water environmert remediationLIU Qing 1 ,LIU Huan 1 ,ZHA0 Guo-dong 2 ,XU Yi-Cen 1( 1 .Hunan Peoeonc K yLaboeatoeyoePo e u toon Conteoeand R souec sR us T chnoeogy ， Unoe esotyoe South Chona ， H ngyang421001 ， Chona ;2.SchooeoeR souec & Eneoeonm ntand SaetyEngon eong ，Unoe esotyoeSouth Chona ， H ngyang421001 ， Chona )Abstract :Th pap esummaeoe d th dom stocand eoeogn es aech epoetson th sueeodatd nanoscae e -eo-eaentoeon on wate neoeonm nte m doatoon on ec nty aes.Th synth soeongm thod oesueeodatd nanoscae e eo- eaent oeon ，ad eantag soesueeodatoon ，and th m chanosm oee m doatoon oewate neoeon-m ntw e eeow d.Th maon eactoeseoeth wate neoeonm ntem doatoon bysueeodatd nanoscae e eo-eaentoeon w e doscu s d sp coeoca e y ，such assueeodatoon m thod ，S LF eat oo ，pH ，p es nc o eoons ，dos- soee d ocyg n.Th peobemsand eutue d e eopm ntoesueeodatd nanoscae e eo-eaentoeon on wate n-eoeonm ntem doatoon w e peopos d.Key words : sulidated nanoscale zero-velent i/n ; water en v ironment remediation ; /med i ation mvc h a-nosm ; oneeu nc eactoes水资源是我国社会和经济可持续发展的重要基 础，但随着现代工业的飞速发展，不可避免会对部分水环境造成污染，因此对于水环境的修复势在必行'纳米零价铁（nZVI ）因具有出色的还原性能和吸附性能而被广泛应用于水环境修复中（1W ），粒径在1〜100 nm 范围内的零价铁颗粒被称为nZVI ［3］,但由于nZVI 粒径小和具有高反应活性导致在制备和使 用过程中存在易团聚、表面易氧化钝化、易与非目标 污染物发生反应、活性pH 值范围窄等缺点［4-5］，限制了 nZVI 在水环境修复中的进一步发展。

2018年第37卷第8期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3231·化 工 进展抗坏血酸稳定纳米零价铁的制备及其在含Cd(Ⅱ)废水处理中的应用宋珍霞，张继梅，巨梦蝶，唐海，徐大勇（安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽 芜湖 241000）摘要：利用液相还原法制备抗坏血酸稳定纳米零价铁（AAS-nZVI ）并将其应用于含Cd(Ⅱ)废水的处理。

在确定最佳AAS/Fe 2+（摩尔比）的基础上，研究了AAS-nZVI 投加量、反应时间和溶液初始pH 对Cd(Ⅱ)处理效果的影响，通过L 9(34)正交试验优化AAS-nZVI 处理含Cd(Ⅱ)废水的工艺条件；考察了AAS-nZVI 的空气稳定性及其处理含Cd(Ⅱ)废水的动力学特性；通过SEM 和XRD 对处理Cd(Ⅱ)前后的AAS-nZVI 进行形貌观测和表征分析。

结果表明，AAS/Fe 2+（摩尔比）为1∶3时，AAS-nZVI 对Cd(Ⅱ)去除的去除效果最佳。

AAS-nZVI 投加量、反应时间和溶液初始pH 对Cd(Ⅱ)去除率的影响均达到显著水平（p ＜0.05），其中AAS-nZVI 投加量的影响达到极显著水平（p ＜0.01）；其显著性大小依次为：AAS-nZVI 投加量＞反应时间＞溶液初始pH 。

在AAS-nZVI 投加量为2. 0g/L 、反应40min 、溶液初始pH=6的最佳工艺条件下，含Cd(Ⅱ)废水（初始浓度20mg/L ，溶液体积100mL ）的去除率可达92. 62%。

AAS-nZVI 具有很好的空气稳定性，空气中放置15d 的AAS-nZVI 对Cd(Ⅱ)的去除率仅下降1. 99%。

AAS-nZVI 对Cd(Ⅱ)的去除较好地符合准一级动力学模型，可用L-H 动力学模型描述；AAS-nZVI 对Cd(Ⅱ)的去除是吸附和还原共同作用的结果。

关键词：抗坏血酸；纳米零价铁；含Cd(Ⅱ)废水；动力学中图分类号：X52 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3231–07 DOI ：10. 16085/j. issn.1000-6613.2017-2278Preparation of L-ascorbic acid-stabilized nanoscale zerovalent iron and itsapplication in Cd(Ⅱ) wastewater treatmentSONG Zhenxia , ZHANG Jimei , JU Mengdie , TANG Hai , XU Dayong（College of Biological and Chemical Engineering, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000, Anhui, China ）Abstract: In this study, L-ascorbic acid stabilized Nanoscale Zerovalent Iron (AAS-nZVI) was produced by liquid-phase reduction and was used for wastewater treatment containing Cd(Ⅱ). On the basis of the optimum AAS/Fe 2+(molar ratio), the influence factors of reaction system, such as AAS-nZVI dosage, reaction time and initial pH for the effects of the Cd(Ⅱ) removal efficiency were studied. The influential order of the 3 factors and optimal combination conditions were determined by improving the L9(34) orthogonal layout. Air stability of AAS-nZVI and its kinetic characteristics in Cd(Ⅱ) wastewater treatment were also investigated. The morphology of AAS-nZVI before and after the reaction was characterized by scanning electron microscopy （SEM) and X-ray diffraction （XRD ）. The results indicated that AAS-nZVI has the best removal effect on Cd(Ⅱ) removal when the molar ratio of AAS/Fe 2+ was 1∶3. The effect of AAS-nZVI dosage on Cd(Ⅱ) removal rate tended to be very项目（AH201410363230，201510363207）。