纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究
纳米零价铁的制备方法
纳米零价铁的制备方法一、引言纳米零价铁（Nanoscale Zero-Valent Iron，NZVI）具有高比表面积、强还原性和良好的可操作性等特点，因此在环境修复、废水处理、土壤修复等领域得到广泛应用。
本文将介绍几种常见的纳米零价铁制备方法，并详细讨论各种方法的优缺点。
二、化学沉淀法制备纳米零价铁2.1 原理化学沉淀法是利用沉淀反应形成纳米零价铁颗粒。
一般来说，Fe(II)或Fe(III)盐溶液与还原剂反应，生成Fe(0)沉淀颗粒。
2.2 制备过程1.配制Fe(II)或Fe(III)溶液；2.加入适量的还原剂；3.搅拌均匀，反应进行一段时间；4.过滤固体产物，并进行洗涤和干燥。
2.3 优缺点优点： - 制备简单，成本较低； - 可以制备出纳米级别的零价铁颗粒；缺点： - 产物易聚集，容易形成大颗粒团块； - 需要反应时间较长才能获得理想的颗粒尺寸； - 还原剂对环境有潜在的污染风险。
三、溶胶凝胶法制备纳米零价铁3.1 原理溶胶凝胶法通过溶胶的凝胶化过程，生成纳米零价铁颗粒。
3.2 制备过程1.选取合适的铁源和还原剂；2.将铁源溶于适当的溶剂中，并加入催化剂；3.调节pH值，促使凝胶的形成；4.凝胶干燥后进行焙烧。
3.3 优缺点优点： - 制备过程可控性好，可以调节合适的颗粒尺寸和形貌； - 产物颗粒分散性好，不易聚集；缺点： - 制备过程复杂，需要较长时间； - 成本较高。
四、电化学制备纳米零价铁4.1 原理电化学法利用电解的原理，在电极表面生成纳米零价铁颗粒。
4.2 制备过程1.准备合适的电极材料，如铁丝、铁片等；2.准备合适的电解质溶液，如氯化铁溶液；3.将电极浸入电解质溶液中，进行电解反应；4.控制电流密度和反应时间，获得纳米零价铁颗粒。
4.3 优缺点优点： - 制备过程简单，操作便捷； - 可以获得高纯度的纳米零价铁颗粒；缺点： - 需要特定的电极材料和电解质，成本较高； - 电解反应中需要消耗大量的能量。
改性纳米零价铁材料制备的研究进展
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。
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。
纳米零价铁的制备及其去除水中重金属离子的研究
2 实验内容
本课题以实验探究为主，实验基本思路分为两大部分：
(1) 纳米零价铁的制备。 (2) 纳米零价铁与重金属离子Cr6+ 反应的探究。
4将烧杯放入超声清洗器中超声清洗1实验的背景与意义随着社会工业发展大量工业重金属混入水源威胁了我们日常饮用水的安全饮用水必须经过过滤而传统的净水方法一般会除去水中几乎所有的离子包括重金属外还有一些对人体有益的离子和矿物质使水变成纯净水而过于纯净的水对人体无益
技术与信息
纳米零价铁的制备及其去除水中重金属离子 的研究
2.1.3 纳米级零价铁对六价铬离子去除的测定步骤
2.1.3.1 实验环境(pH) 的确定 查 阅 文 献 得 知，对 于 六 价 铬 离 子 的 去 除，比 较 适 宜 的 是
2.1.1.2 催化剂制备
催 化 剂 的 具 体 制 备 步 骤：(1) 将 绿 茶 研 磨 成 直 径 为 0.30～0.45mm 的粉末。向200mL 的烧杯中加入50mL 水，加 热至80℃，并不断用磁力搅拌器搅拌，加入3g 粉末，恒温搅拌3 小时。(2) 加入三聚氰胺，恒温搅拌15min。(3) 冷却至室温，加入 5mL 聚乙二醇400，缓慢滴加25mL 的三价铁溶液。(4) 将烧杯 放入超声清洗器中，超声清洗10min。(5) 与此同时，加热200mL 以上的水以用于后续水浴蒸发，加热温度为98℃。(6) 水浴加热 蒸发完成后的混合物，直至无水。在快要无水时用小铁匙搅拌 并去除用于磁力搅拌的磁石，加快蒸发速度，直至最后无水。(7) 待反应完全后，产物为浓绿色的粉末状固体，放置冷却。(8) 将 粉状产品放于石英舟之上，再平缓地放入管式炉中，在充满氮 气的情况下，600℃焙烧5 h，氮气流量为0.28 L/min，烧完后冷 却3 h，再通钝化气1 h。(9) 将所得板结固体取出，置于干净无水 的样品管中，并用氮气密封。
零价铁去除污染物机理
• 5、硝酸盐废水
• 6.放射性物质：铀
零价铁与污染物之间发生的是表面反应，UO22+首先通过吸附从溶液中 转移到零价铁表面，随后与铁以３ 种作用机理而被去除：即： （１）Ｆｅ０将UO22+还原为低价态难溶物ＵＯ２； （２）ＵＯ2２＋通过表面络合被ＩＣＰｓ 吸附； （３）UO22+与ICPS形成共沉淀。
• 2、偶氮染料废水
当零价铁在适当条件下与染料溶液接触时，染料分子中的偶氮键将发生断裂，破 坏原染料的发色基或助色基，从而达到脱色目的。
零价铁对于偶氮染料具有高的脱色速度，其具体脱色过程目前还不甚清楚,大致上 认为主要是利用了铁的絮凝作用，呈胶体状态的染料将附聚在铁的表面,反复冲洗去掉 表面的沉物,达到去除色度的目的。
d. 铁的还原作用。零价铁作为活泼金属,电负性较大,电极电位EO (Fe2 + / Fe0) = - 0.44V ,还原能力很强,在酸性环境中硝基苯首先在阴极表面获 得2 个电子,还原为亚硝基苯,并继续获得2 个电子还原为羟基苯胺,羟基 苯胺再得到2 个电子还原为苯胺。但亚硝基苯一般不会积累,会在比硝 基苯还原更正的电位下被还原。因此硝基苯还原为苯胺的稳定中间产 物应为羟基苯胺。
零价铁处理污水的机理研究
零价铁的去污机理[1]
• 1、铁的还原作用
铁是活泼金属, 电极电位为E°( Fe2 + / Fe) =- 01440 V。Fe2 + 离子 具有还原性, E°( Fe3 + / Fe2 + ) =01771 V ，因而当水中有氧化剂存在
时,Fe2 + 可进一步氧化成Fe3 &可归纳为以下几点:
a. 电场作用。实验用水为含有硝基苯和苯胺的混合溶液,在该体系中,因为水分子 表面的电荷作用,使得溶液中微细的杂质总是以胶体状态存在。当水中的这些 胶体粒子和细小分散的有机污染物受微电场的作用后便会产生电泳,向相反电 荷的电极方向移动,并且聚积在电极表面,形成大颗粒而发生氧化还原反应。
纳米零价铁的应用研究进展
纳米零价铁的应用研究进展摘要：纳米零价铁结合了零价铁还原性强和纳米材料比表面积大的特点，可以通过不同机制降解各类环境污染物。
本文介绍了纳米零价铁在今后的研究重点和方向进行分析和展望。
关键词：纳米零价铁；重金属；污染物去除纳米零价铁可通过还原氧化、吸附沉淀等反应降解各类污染物，包括无机污染物（重金属、无机阴离子等）和有机污染物（卤代有机化合物、有机染料等），广泛应用于水处理和土壤修复方面。
1去除有毒重金属重金属主要包括汞、铬、铅、砷等难以被生物降解但却具有显著毒性的金属元素。
它们在水环境中的具有高度溶解性，有毒重金属可被活生物体吸收，一旦进入食物链，最终会进入人体并在器官中累积，如果摄入的有毒重金属超过允许的浓度，则可能导致严重的健康失调。
因此，有必要在将金属污染的废水排放到环境中之前对其进行处理。
Du等[1]引入人工腐殖酸（AHA）与nZVI协同作用，Pb2+与AHA-nZVI样品之间发生还原、络合和共沉淀反应，去除率高达99.2％。
当Hg2+，Cu2+，Cr3+等金属的E0远高于Fe的时，则还原作用为主导。
Akram等[2用生物炭基铁纳米复合材料（nZVI-BC）来去除水样中的砷，其去除机理主要包括表面特定的静电作用、氢键作用和氧化还原反应，其中氧化还原反应使剧毒As（III）转化为As（0）和As（V），As（III）和As（V）的最佳去除率分别为99.1%和96.1%。
2去除有机卤代物有机卤代物是水体环境中广泛存在的污染物之一，具有较强毒性和致癌性，并难以被生物所降解，等够长时间、长距离的迁移，在动植物身体和环境介质中均能检出，对环境危害较大。
与重金属不同的是，有机污染物可以改变官能团结构，使危害较大的污染物转换为危害较小的污染物。
氯代有机物在去除时，Ou等[3]发现加入短链有机酸（SCOAs）可以在酸性条件下促进nZVI降解五氯苯酚（PCP）。
草酸（OA）可以与PCP脱氯过程中产生的亚铁离子强烈地络合，并减少沉淀在nZVI表面的亚铁（氢）氧化物的形成。
纳米零价铁的制备方法
纳米零价铁的制备方法
纳米零价铁是指铁的纳米粒子，具有较高的活性表面积和良好的化学
惰性，被广泛应用于环境修复、水处理、污泥处理、污染物去除等领域。
纳米零价铁的制备方法主要包括机械合成、热分解法、还原法、
气相物理气相沉积等。
机械合成法是指在球磨仪中通过磨合和碰撞的方式制备纳米零价铁，
其制备工艺简单、易于控制反应条件，但反应物纯度要求较高、反应
周期较长，同时机械合成法容易受到机械能的干扰，产物品质不稳定。
热分解法是指通过加热反应物使其分解生成纳米零价铁，该方法制备
出来的纳米颗粒尺寸稳定，分散均匀，但制备条件较为苛刻，时间长，产能低。
还原法是指通过将铁离子还原生成纳米零价铁，该方法操作简单，可
以调节反应条件控制产物尺寸和形状，但由于反应中涉及到还原剂，
容易发生爆炸，存在安全隐患。
气相物理气相沉积是指在高温下将气态前驱物沉积在基底上，生成纳
米零价铁，该方法制备出来的纳米颗粒分散均匀，粒径小，不易团聚，但需要高温高能耗，设备成本高。
总之，不同的制备方法各有优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法进行纳米零价铁的制备。
纳米零价铁去除水中污染物的研究进展
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
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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
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。
此外，纳米级零价铁对环境风险的评估和监测也是研究的重点之一。
综上所述，纳米级零价铁作为一种新型的水处理技术，在污水处理中具有广阔的应用前景。
通过合适的制备方法，纳米级零价铁可以适应不同类型污水的处理需求。
其高反应活性和强氧化能力使其能够高效去除重金属和有机污染物。
未来的研究应重点解决纳米级零价铁在制备、应用和环境风险评估方面的问题，以推动纳米级零价铁的更广泛应用，实现水环境的持续改善
综上所述，纳米级零价铁作为一种新型的水处理技术，在污水处理中表现出许多优点。
其具有较大的比表面积和强吸附能力，能够高效吸附水中的污染物。
同时，纳米级零价铁能够溶解并与污染物发生反应，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，进一步降解有机污染物。
然而，纳米级零价铁在实际应用中仍存在制备、使用量和环境风险评估等挑战。
因此，未来的研究应重点解决这些问题，以推动纳米级零价铁的更广泛应用，实现水环境的持续改善。