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】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。 【期刊名称】化工管理 【年(卷),期】2018(000)004 【总页数】2
【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E0(Fe2+/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NaBH4、KBH4等)将Fe2+、Fe3+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。具体反应方程式如下所示：
反应过程中应该充分保证BH4-的量，使得反应能够顺利的进行，反应完成后，用离心机离心并用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤、离心除去H2BO3-和H+等。
2 nZVI在废水处理中的应用
纳米零价铁材料相较于其他材料而言有着不可比拟的优势，能够非常有效、快速的降解废水中的无机化合物、有机化合物、重金属和有机染料等污染物，已成为目前最具有前景的水体修复手段。 2.1 去除重金属污染物
重金属主要指比重大于5的金属，包括铜、铅、锌、镍、锰、镉、汞等一类过渡元素，因为它含有毒性，且难以降解，很容易通过各种途径进入水体，进而能够危害人体的健康和环境的平衡。nZVI由于还原性强，可以通过还原反应将其他重金属离子置换出来，因而在重金属领域得到了越来越广泛的应用。 研究证明：nZVI对重金属离子的去除效果与其标准氧化还原电势有关。表1显示几种常见重金属标准电极电位。
Zn2+/Zn、Cd2+/Cd的标准电极电势比Fe2+/Fe的小，nZVI对锌和镉的去
除机理主要是通过吸附作用。研究发现，Zn、Cd在反应后依然是以二价离子的形式附着在纳米铁颗粒表面，表明了其并没有发生氧化还原反应。此外，nZVI颗粒可以将Cu2+、Cr2O72-、Cr3+、Hg2+和Ag+以还原的方式置换成单质金属，然后吸附在其表面，这主要是通过还原作用的机理来实现的[3]。而对于那些标准电极电势稍微大于铁的标准电极电势的离子，如Ni2+、Pb2+等，主要是通过吸附和还原双重作用来去除的。反应过程中，其中大部分的Ni2+、Pb2+会被零价铁还原，其余部分会被FeOOH所吸附。 2.2 去除染料废水
染料废水组分复杂，色度高，含量大，属于难降解污染物，用传统的去除手段难以使水体得到修复。nZVI由于有着不可比拟的优越性，其在染料废水的处理方面得到了广泛的应用。研究表明，在一定的条件下，纳米零价铁可以使染料废水中的偶氮键断裂或者破坏发色基团，从而达到脱色的目的。 2.3 去除有机卤代物
有机卤代物难降解，毒性大且容易在人体内富集，因此，如何合理有效的去除污水中的有机卤代物已成为环境科学领域研究的热点之一。纳米零价铁对有机卤代物的去除机理主要是通过在其原位或异位发生氧化还原反应来实现的。CHEN等[5]利用活性炭为载体制备纳米零价铁，并用于六氯苯(HCB)的脱氯反应，实验结果表明：铁负载的方法能够明显增加对HCB的去除效率和脱氯性能。 2.4 去除无机污染物
废水中存在的无机污染物主要以硫、氮类化合物居多，nZVI颗粒对硫离子的去除主要是反应生成硫氢基氧化铁、硫化铁沉淀物或者络合物，然后吸附在纳米铁表面。nZVI对硝酸类化合物的去除机理主要是通过氧化还原反应，使其得到
纳米零价铁在污水处理中的应用及研究进展
