纳米零价铁的应用研究进展
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。
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。
纳米零价铁复合材料对抗生素的降解研究
纳米零价铁复合材料对抗生素的降解研究纳米零价铁复合材料对抗生素的降解研究摘要：随着抗生素的广泛应用，抗生素在水环境中的污染日益严重。
纳米零价铁（NZVI）复合材料作为一种新型的环境修复材料，具有很强的还原能力和高催化活性，被广泛研究和应用于水体中有机污染物的去除。
本文通过实验研究了纳米零价铁复合材料对抗生素的降解性能，结果表明纳米零价铁复合材料对多种抗生素具有较好的去除效果。
关键词：纳米零价铁复合材料；抗生素；降解性能；去除效果引言抗生素是一类用于治疗感染性疾病的重要药物，广泛应用于医疗、养殖业等领域。
然而，随着抗生素的大量使用，抗生素残留在环境中的问题引起了人们的关注。
抗生素的常规处理方式如生物降解和化学处理存在很大的局限性，因此急需寻找一种更有效的方法来降解抗生素。
纳米零价铁是一种新型的环境修复材料，其粒径小于100纳米，可以很好地渗透到土壤或水体中的微孔中，具有较大的比表面积和活性表面。
纳米零价铁上的氢、氧、铁原子具有很强的还原能力和高催化活性，可以还原或降解有机污染物。
近年来，纳米零价铁复合材料在水体中有机污染物的去除方面表现出了巨大的潜力。
实验方法本实验采用一种自制的纳米零价铁复合材料，其制备方法如下：首先，在纳米零价铁溶液中加入适量的改性剂，并进行超声处理，使改性剂均匀分散于纳米零价铁中。
然后，将抗生素溶液与纳米零价铁复合材料混合，并进行搅拌反应。
反应一段时间后，取样分析抗生素的残留程度。
结果与讨论本实验选用了常见的几种抗生素，包括青霉素、红霉素和头孢菌素C。
实验结果表明，在纳米零价铁复合材料的作用下，这些抗生素的降解率均呈现出较高的效果。
在一定的反应时间内，抗生素的降解率可达到80%以上。
此外，纳米零价铁复合材料对不同种类的抗生素具有较好的降解效果，不同抗生素的降解速率相对较为接近。
抗生素的降解主要是通过纳米零价铁表面的氢和氧原子与抗生素分子发生反应，从而破坏抗生素的分子结构，使其降解为无害的物质。
纳米零价铁在污水处理中的应用及研究进展
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。
纳米零价铁的制备技术及其应用研究进展
( 1. Institute of Coal Chemical Industry Technology of Ningxia Coal Industry Co. , Ltd, China National Energy Group,
Yinchuan 750001, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750001, China)
下,加入螯合 配 体 EDTA,用 NaBH 4 还 原 FeSO 4 合 成
了 nZVI 颗粒,用于焦炉含酚废水降解,发现在 1 h 内
可有效降解苯酚 70% ~ 75% ,化学需氧量 ( COD) 降低
了近 33% 。 Jia 等 [ 14] 采用液相还原法制备了 nZVI,并
研究 35 ℃ 厌氧消化 过 程 中 不 同 浓 度 的 nZVI 对 沼 气
prospects in environmental remediation. However, the large-scale application of nZVI is limited by its easy oxidation,
agglomeration and low mechanical strength. This paper systematically compared the characteristics of mechanical method, gas
60 ~ 80 nm 均匀分布,但 因 nZVI 极 易 被 氧 气 氧 化,制
氯乙烯的去除率 均 高 于 工 业 可 用 的 nZVI 颗 粒,分 析
本 [ 15-20] 。
纳米零价铁在环境中的毒性研究进展
纳米零价铁在环境中的毒性研究进展夏泽阳;刘爱荣【摘要】纳米零价铁(nZVI)作为一种高效的环境修复材料,被广泛应用在土壤和地下水的修复等环境领域.但研究发现,大量进入环境中的nZVI可能会对生物体和生态系统产生严重危害,如和nZVI接触后,会造成小鼠器官受到损伤,杨树幼苗生长减缓,大肠杆菌等微生物的细胞膜破裂等不利作用出现.此外,nZVI还会改变环境中的氧化还原电位和溶解氧等指标,而且毒性效应容易受到外界条件的干扰.虽然目前对nZVI的致毒机制还不完全明确,但学者们提出了多种可能的假设,主流的观点是铁离子的释放、氧化损伤和基因损伤等.本文综述了国内外对nZVI毒性的最新研究成果,以期为nZVI的使用和毒性研究提供参考.%Nanoscale zero-valentiron(nZVI)has been widely used as a reactive remediation material for water and soil treatments in environments. However, studies indicated that the release of nZVI in the environments maybe lead to negative effects such as causing damage to rats' organs, inhibiting poplar seedling growth, inducing cell membrane breakage of Escherichia coli, even changing water environment indexes like redox potential and dis-solved oxygen,etc.What's more,researchers also demonstrated that the toxicity effect of nZVI can be dependent on external condition.Until now,the mechanism of nZVI toxicity effect is not clear, although several feasible hy-potheses have been put forward, among which impacts of iron ions, oxidation damage and gene damage serve as mainstream assumptions. The review summarized the recent research results on nZVI toxicity, and give the guidence for the researchers in the relevant areas.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2017(012)005【总页数】9页(P35-43)【关键词】纳米零价铁;生态毒性;氧化损伤;铁离子;影响因素【作者】夏泽阳;刘爱荣【作者单位】污染控制及资源化研究国家重点实验室,同济大学环境科学与工程学院,上海200092;污染控制及资源化研究国家重点实验室,同济大学环境科学与工程学院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X171.5纳米零价铁(nZVI)技术早在1997年就作为有效的脱卤反应还原剂被应用到环境中。
零价铁处理污水的最新研究进展
零价铁处理污水的最新研究进展零价铁处理污水的最新研究进展近年来，水环境污染问题日益突出，严重影响着人类健康和生态系统的可持续发展。
为了解决这一问题，科学家们不断努力探索新的水处理技术。
零价铁作为一种具有良好反应活性和广泛应用前景的材料，近年来受到了广泛关注。
本文将介绍零价铁在污水处理中的最新研究进展，以及相关的应用和挑战。
零价铁的应用于20世纪80年代初，在此之后，人们逐渐发现了其在污水处理中的潜力。
零价铁通过与污染物发生还原、氧化和吸附反应，能够有效地降解甚至去除水中的有机物、重金属和氯代污染物等。
在传统的零价铁颗粒中，纳米零价铁(nZVI) 的应用越来越受到关注。
最新的研究表明，nZVI能够通过还原有机物的机制，高效地去除水中的有机污染物。
这是因为nZVI的纳米级尺寸和大量的活性表面使得其具有优异的可溶解性和反应活性。
研究人员通过实验发现，在一定的操作条件下，nZVI能够将底物还原成低毒或无毒的产物。
此外，nZVI还能诱导氧化还原催化反应，通过高效地去除腐蚀性污染物来改善水的质量。
因此，nZVI在水处理领域有着广泛的应用前景。
然而，零价铁在污水处理中仍面临一些挑战。
首先，随着零价铁粒子的使用，产生的废水和残留物也会造成一定的环境污染问题。
其次，零价铁的稳定性和寿命也受到限制，其表面会形成氧化铁或氧化铁的过程，从而降低了其反应活性。
最后，零价铁的制备成本较高，限制了其大规模应用。
为了解决这些问题，研究人员提出了一些新的策略。
一方面，他们将nZVI与多孔载体结合，以提高nZVI的稳定性和使用寿命。
例如，研究人员发现，将nZVI纳米粒子负载在碳纳米管和介孔材料上，可以限制其氧化并延长其寿命。
另一方面，也有学者将nZVI与其他材料（如活性炭和氧化剂）复合使用，以进一步提高其处理能力。
此外，还有研究人员提出了新的制备方法，以降低零价铁的制备成本。
总结起来，零价铁在污水处理中的研究取得了一些重要进展。
nZVI作为一种新型材料，具有出色的反应活性和广泛的应用前景。
纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展
纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展摘要：水污染是影响人类健康和生态环境的重要问题之一。
重金属离子是常见的水污染物之一，其具有毒性和蓄积性，对人体和生态系统造成潜在危害。
纳米零价铁（nZVI）因其卓越的还原性能和高效的去除能力，成为一种重要的去除重金属离子的材料。
本文综述了纳米零价铁在去除水中重金属离子方面的研究进展，包括合成方法、去除机理、影响因素以及应用前景。
1. 引言水是维持生命和支持人类社会发展的基本资源，但随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重。
重金属离子是水污染中的重要成分，常见的包括铅、铬、镉、汞等。
这些重金属离子在水体中经过生物积累，会对人体健康和生态系统造成潜在危害，因此寻找一种高效可行的去除方法变得迫切。
2. 纳米零价铁的合成方法纳米零价铁是一种由纳米级铁粒子组成的材料，其具有很高的比表面积和活性。
目前，常见的合成方法包括还原法、凝胶法、气相法等。
还原法将铁盐与还原剂反应生成纳米零价铁，可通过调控反应条件（温度、pH值等）和添加助剂来控制纳米零价铁的尺寸和形貌。
3. 纳米零价铁的去除机理纳米零价铁能够与重金属离子发生还原反应，将其转化为可沉淀的金属颗粒或生成难溶的金属化合物，从而实现重金属离子的去除。
此外，纳米零价铁还具有表面吸附能力，可以通过静电作用或络合反应吸附重金属离子。
4. 影响因素纳米零价铁去除重金属离子的效果受多种因素影响，如纳米零价铁的粒径、溶液pH值、溶液温度、重金属离子浓度等。
这些因素的改变会影响重金属离子与纳米零价铁的接触面积、还原速率和吸附能力，从而影响去除效果。
5. 应用前景纳米零价铁作为一种高效的去除重金属离子的材料，具有广阔的应用前景。
目前，纳米零价铁已被广泛应用于地下水、饮用水和废水处理领域。
未来，随着合成方法和性能的不断改进，纳米零价铁在水污染治理中的应用前景将更加广阔。
6. 结论纳米零价铁是一种有效去除水中重金属离子的材料，具有良好的应用前景。
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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。
OA凭借其强大的络合和pH缓冲
特性，使nZVI的PCP脱氯效率高达为89％。
另外，nZVI对其他有机污染物也有
一定降解作用。
3去除水中无机阴离子
经研究表明，nZVI对去除水中硝酸盐、磷酸盐、硫离子等污染物质均有显著
作用。
水体中氮和磷的无机盐浓度过高将引起水体富营养化，藻类爆发造成水体
严重缺氧，生物多样性减少。
纳米零价铁被报道已广泛用于处理补救受硝酸盐污
染地下水和废水。
Shubair等[4]研究了nZVI在多孔介质中的硝酸盐去除效率，可
以去除超过97％的进水硝酸盐，且经Cu改性表面形成Fe/Cu颗粒后去除率可达100%。
Wei等发现生物炭可通过介导氧化还原电势、pH和电子转移增强nZVI对
硝酸盐的去除和选择性还原，并制备了纳米零价铁/生物炭复合材料（nZVI/BC），质量比为1：2的nZVI/BCs具有最佳的硝酸盐去除率，在2-12的宽pH范围内都
保持了较好的硝酸盐去除率（75.0％–97.0％）。
4染料的脱色
随着人口和工业化的增加，染料已经与我们的生活密不可分。
未经处理的染
料废水进入到环境中，有致癌致畸致突变的风险，对人体和环境会产生很大的危害。
Raman等[5]将nZVI应用于单偶氮甲基橙染料脱色，主要机理是通过去除—
N=N—和—SO3—键来实现的，脱色过程主要包括吸附、还原过程，染料分子在
nZVI颗粒上进行单层物理吸附，nZVI将染料分子降解为低分子化合物且不需要
任何预处理，脱色效率高达98%。
Trinh等[6]用改性后的磁性nZVI生物炭复合材
料对染料废水进行脱色，其中对红色（RR195）和黄色（RY145）两种活性染料的
脱色效率达到100%。
将nZVI颗粒浸渍在生物炭表面上可在空间上分隔nZVI颗粒，防止其聚集，提高了脱色效率。
问题与展望
现阶段，nZVI材料的制备与合成方法已经逐渐趋于完善，在环境水处理和土壤修复方面展现出良好的应用前景。
但在实际工程应用中nZVI还存在颗粒团聚现象严重、重复利用率低及对废水中污染物的选择性不强等问题。
为解决这些问题:
首先，探究在水处理和环境修复过程中nZVI与多种污染物共同作用时之间相互影响的规律，及环境条件变化对降解反应带来的影响，优化nZVI在实际应用中的推广。
其次，对工业化发展带来的新兴有毒有害污染物如POPs等的降解机制进行深入研究，是未来重点研究方向之一。
参考文献
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