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。

1.1.2 可生物降解分散剂

分散剂作为改性剂加入到NZVI中，在对水中污染物处理的过程中，分散剂对水质的影响尚不明确。所以，在选分散剂改性NZVI时，更倾向于选择环保型、可降解的分散剂。Wei等用可生物降解的分散剂PAA改性NZVI，原位修复氯代有机物污染源，结果表明，改性后的NZVI能有效的降解氯代污染物。Basnet等

用鼠李糖脂改性NZVI，鼠李糖脂是一种可生物降解的物质，将其用于改性NZ-VI 后，不会对水环境产生进一步的污染。另外还有用维生素B12改性NZVI，改性后，稳定性得到提高，在去除污染物的过程中，B作为电子传递介质，促进反应的进行，最后转化成B12r。

1.1.3 分散剂改性效果对比

目前，用于改性NZVI的分散剂已经提出了很多种。为更好的理解分散剂对NZVI改性及处理目标污染物的机理，各种分散剂对NZVI的改性结果的对比得到很多学者的关注。如不同类型的分散剂对NZVI的改性效果；同一系列中，不同性质的分散剂对NZVI改性效果的对比；以及不同类型的分散剂改性后NZVI 对污染物处理效果的对比等。

Wang等对比了三种不同类型的分散剂聚合物PMMA、聚合电解质PAA和表面活性剂CTAB对Pd/Fe双金属纳米粒子改性效果，其改性机理如图1所示。经PMMA、CTAB改性后的NZVI相比PAA改性的具有更小的粒径和更光滑的表面。并且，改性后的NZVI对2，4二氯苯酚都有高效脱氯的作用。最后还根据反应过程的变化，修正了其反应动力学。在Jiemvarangkul等研究中，用了三种不同的聚合电解质PV3A、PAA、大豆蛋白改性NZVI，提高其在多孔介质中的迁移性。PV3A、PAA改性的NZVI的分散性和运输效率都得到提高，其中。PV3A的效果更好。Dong等研究了胡敏酸对PAA、Tween-20、淀粉改性NZVI 的影响，结果表明，PAA改性的NZVI在胡敏酸存在条件下，其稳定性得到了提高，而对另外两种分散剂的结果却相反，引起了粒子的集聚。另外，不同类型的表面活性剂改性的NZVI对目标污染物的作用也不同。Nie等的研究就证实了这一点。

因此，在选择分散剂的过程中，我们应该考虑到不同分散剂的不同分散效果和不同环境条件下的各种可能存在的因素，充分考虑实际应用中其稳定性、迁移性及不同的目标污染物的影响。

1.2 磁性强化改性一个改性，后将NZVI负载到改性后的膨润土上；Yang等先用PAA处理PVDF膜，然后将NZVI负载到膜上，合成了一种新型的复合材料，其合成过程如图3所示。合成的复合材料能有效的降解除草剂灭滴灵；Pang 等用CTMAB对蒙脱石改性后将NZVI负载到上面，形成壳核结构，改性条件下更有利于其脱溴作用。功能化后的负载基质能够抑制NZVI的集聚，从而达到提高其反应性的效果。