纳米零价铁(nZVI)修复技术最新进展、应用及展望-中国科学院南京
纳米材料在环境治理中的新应用研究
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。
纳米零价铁合成、改性及对重金属的修复机制研究进展
纳米零价铁合成、改性及对重金属的修复机制研究进展
王思齐;王思琪;曲建华
【期刊名称】《环境科学与管理》
【年(卷),期】2024(49)5
【摘要】土壤和水体中日益严重的重金属污染引起了极大关注。
纳米零价铁(nZVI)及其改性材料由于具有优越的比表面积、还原能力、吸附性能和流动性被广泛报道。
该文首先介绍了目前nZVI的主要合成方法(包括球磨法、液相还原法、碳热还原法、电化学法、绿色合成法),讨论了nZVI的常见改性方式(包括表面改性nZVI、
硫化nZVI和负载nZVI)。
其次,探讨了nZVI去除重金属(Pb(II)、Cu(II)、Cr(VI))的机理和作用。
最后,对nZVI颗粒在工业水平上的应用前景以及它在实际应用中的挑战进行了总结,并提出了未来该领域研究发展的展望,以期待为nZVI的研究提供新
的思路。
【总页数】6页(P73-78)
【作者】王思齐;王思琪;曲建华
【作者单位】东北农业大学
【正文语种】中文
【中图分类】X53
【相关文献】
1.改性纳米零价铁修复重金属污染地下水研究
2.纳米零价铁对重金属Cr(Ⅵ)去除作用的研究进展
3.改性纳米零价铁及其在水体修复中的应用研究进展
4.纳米零价铁
及其改性材料在土壤有机污染修复中的研究进展5.纳米零价铁改性技术及其在污染修复中的应用研究进展
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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。
《强化稳定纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的还原去除及其机理》
《强化稳定纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的还原去除及其机理》篇一一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染已成为当前环境领域面临的重要问题之一。
其中，铬（Cr）是常见的一种有毒重金属，尤其是其六价形态（Cr(Ⅵ)）因其高度的迁移性和毒性，对环境和人类健康构成了严重威胁。
因此，开发有效的技术手段以去除土壤中的Cr(Ⅵ)成为环境保护领域的研究热点。
近年来，纳米零价铁（nZVI）因其对重金属的还原和固定化作用，被广泛应用于土壤重金属污染的治理中。
本文旨在探讨强化稳定纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的还原去除效果及其作用机理。
二、方法本研究采用纳米零价铁作为还原剂，通过实验设计强化其稳定性并探究其对土壤中Cr(Ⅵ)的还原去除效果。
实验中，我们首先制备了纳米零价铁，并通过不同的处理方法强化其稳定性。
随后，将处理后的纳米零价铁与含Cr(Ⅵ)的土壤进行反应，通过监测反应过程中Cr(Ⅵ)浓度的变化，评估纳米零价铁的还原效果。
同时，我们运用多种分析手段，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等，对反应前后的纳米零价铁及土壤进行表征分析，以揭示其作用机理。
三、结果与讨论1. 纳米零价铁的稳定性强化本实验中，我们通过表面改性的方法强化了纳米零价铁的稳定性。
改性后的纳米零价铁在土壤环境中表现出更好的稳定性和持久性，有效减少了其在反应过程中的团聚和氧化。
这有利于提高纳米零价铁与Cr(Ⅵ)的反应效率，并减少其可能带来的环境风险。
2. 还原去除效果实验结果表明，改性后的纳米零价铁对土壤中的Cr(Ⅵ)具有显著的还原去除效果。
在反应过程中，Cr(Ⅵ)的浓度随时间逐渐降低，表明纳米零价铁有效地将Cr(Ⅵ)还原为毒性较低的铬（Ⅲ）或铬（Ⅱ）。
此外，我们还发现反应速率随着纳米零价铁投加量的增加而提高，但过量的纳米零价铁可能产生一定的环境风险，因此需要合理控制其投加量。
3. 作用机理通过XRD、SEM等分析手段，我们揭示了纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的还原去除机理。
纳米材料在环境修复中的新应用
纳米材料在环境修复中的新应用随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严峻，对人类的生存和健康构成了巨大威胁。
传统的环境修复技术在应对复杂的污染问题时往往存在局限性，而纳米材料的出现为环境修复带来了新的希望和机遇。
纳米材料由于其独特的物理、化学和生物学性质，在环境修复领域展现出了巨大的潜力。
本文将详细探讨纳米材料在环境修复中的新应用。
一、纳米材料在水污染修复中的应用水污染是当前环境面临的严峻挑战之一，包括重金属污染、有机物污染和微生物污染等。
纳米材料在水污染修复方面表现出了出色的性能。
1、纳米零价铁（nZVI）在重金属去除中的应用纳米零价铁具有高比表面积和强还原能力，能够有效地将重金属离子（如铬、汞、铅等）还原为低毒性或无毒的形态。
例如，在含铬废水处理中，nZVI 可以将六价铬还原为三价铬，从而降低其毒性和迁移性。
2、碳纳米管（CNTs）在有机物吸附中的应用碳纳米管具有优异的吸附性能，能够快速吸附水中的有机污染物，如苯、甲苯、酚类等。
此外，通过对碳纳米管进行功能化修饰，可以进一步提高其对特定有机物的选择性吸附能力。
3、纳米二氧化钛（TiO₂）在光催化降解有机物中的应用纳米二氧化钛在光照条件下能够产生强氧化性的自由基，从而实现对水中有机污染物的高效降解。
它可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质，对于处理难降解的有机废水具有重要意义。
二、纳米材料在土壤污染修复中的应用土壤污染的修复难度较大，传统方法往往效果不佳。
纳米材料为土壤污染修复提供了新的途径。
1、纳米羟基磷灰石（nHAP）在重金属固定中的应用纳米羟基磷灰石能够与土壤中的重金属离子发生化学反应，形成稳定的化合物，从而降低重金属的生物有效性和迁移性。
2、纳米沸石在土壤中有机污染物的去除中的应用纳米沸石具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，能够有效地吸附土壤中的有机污染物，并通过催化作用促进其降解。
3、磁性纳米颗粒在土壤修复中的应用磁性纳米颗粒可以通过外加磁场进行分离和回收，在土壤修复中能够实现对污染物的靶向去除，提高修复效率。
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。
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。
纳米零价铁颗粒用于地下水原位修复的研究进展
ｎ Ｚ ＶＩ 去 除 重 金 属 离 子 的机 理 与 金 属 离 子 的标 准 氧 化
还原 电势 有 一定 关 系 ， 标 准 氧 化还 原 电势 比 Ｆ ｅ 。 低 或 者 非
常接 近 的重 金属 离子 （ 如 Ｃ ｄ 和Ｚ ｎ ） ， ｎ Ｚ Ｖ Ｉ 通 过壳层 的铁 氧
原成 Ｓ ｅ 舢、 Ｓ ｅ 。 ； Ｓ ｅ 一 可与 ｎ Ｚ Ｖ Ｉ 表面 铁 氧 化物 络 合 生成 硒化 亚
质（ Ｓ ｅ 。 ） 和硒 化 物 （ Ｓ ｅ ） 毒性 小 。 Ｓ ｅ “ 可 被还 原成 Ｓ ｅ ：
Ｓ ｅ Ｏ４ ２ － Ｅ ￣ ＝ ０ ． ０ ３ ＶＳ ｅ Ｏ３ ２ － Ｅ￣ ＝ 一 ０ ． ３ ６ ＶＳ ｅ Ｅ ￣ ＝ 一 ０ ． ６ ７ ＶＳ ｅ （ １ ０）
有关 ｎ Ｚ Ｖ Ｉ 降解 卤代 有机 物 产物 的研 究 表 明 ， 氢 原子 取
附在 ｎ Ｚ Ｖ Ｉ上 而 去 除 【 ｌ ９ 刮。 ｎ Ｚ ＶＩ 处 理 Ａｓ 的 研 究 表 明 【 ２ 】 １ ， 有 ５ １ ％的 Ａ ｓ 吸 附 在 纳ห้องสมุดไป่ตู้米 铁 表面 ， 被 氧 化 铁 氧 化 成 Ａｓ ＋ 的 占
ｌ ４ ％， 剩下的 ３ ５ ％被 Ｆ ｅ 。 还 原 成 Ａｓ 。 ， 这说明 ｎ Ｚ Ｖ Ｉ 在 处理 砷
氢 原子 取 代 卤 素原 子 需要 电子 和质 子 ， 可用式 （ ３ ） 表
示（ 以三 氯 乙烯 为例 ） ｌ ：
Ｃ ｌ ＨＣ ＝ Ｃ Ｃ ｌ ２ ＋ ２ ｅ 一 ＋ Ｈ＋ 一 斗 Ｃ ｌ ＨＣ ＝ Ｃ ＨＣ ｌ ＋ Ｃ １ 一 （ ３ ）
弃物 中 ， 常 常 以 可 溶性 ｕ “的形 式 存 在 于地 下 水 中 ， 可 以 通
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技术：最新进展、应用及展望”专题讲座，将邀请国际著名专家
对纳米铁修复技术原理与案例进行剖析，尤其对纳米铁的生产、
应用、存在问题进行系统解读。
专题讲座的主要内容： 纳米零价铁地下水修复技术的科学进展 美国污染场地修复进程：15 年修复历史回顾 纳米零价铁的制造、生产、应用与经验教训 纳米零价在欧洲的制备工艺 纳米零价铁在美国超级基金场地及欧洲场地中的应用 纳米零价铁在中国污染场地中的应用前景 讲座专家介绍：
国斯图加特大学牵头的 14 亿欧元的土壤与地下水纳米铁修复技
术应用项目，近期将在瑞士、捷克、以色列、葡萄牙、德国及中
国等国家进行示范。
为了加强对污染场地修复技术机理与工程应用的实践认
知，深入探讨纳米零价铁技术在我国环境修复市场的应用前景，
会后专门在 2015 年 4 月 29 日安排了“纳米零价铁（nZVI）修复
泛应用于污染土壤及地下水修复技术中。因其能处理多类高浓度
氯代烃类有机污染物及重金属污染，且处理周期短，得到了广泛
的关注与认可。纵观国际发展历程，美国自 2003 年以来耗费巨
资研发了纳米零价铁地下水修复技术，美国环保局（USEPA）共
在 60 多个场地进行了示范。欧盟第 7 框架于 2013 年启动了由德
Prof. Paul Nathanail University of Nottingham, UK 欧盟 NANOREM 成员
Prof. Miroslav Cernik, 捷克 Technical
University of Liberec 欧盟 NANOREM 成员
Jan Slunsky 技术总监
捷克 NANO IRON 公司 欧盟 NANOREM 成员
Dr. Daniel W. Elliott Senior Consultant 美国 Geosyntec 公司 欧盟 NANOREM 国际顾 问
Dr. Michael Borda Associate 美国 Golder Associates
陈梦舫研究员 中国科学院南京土壤研究所 欧盟 NANOREM 国际顾问
“纳米零价铁（nZVI）修复技术：最新进展、应用及展望”专题讲座 中国·长沙 2015 年 4 月 29 日
MIP ECD Response Correlated to Confirmatory Samples to Estimate Groundwater Concentrations
专题讲座介绍： 纳米零价铁（nZVI）作为一种高效还原性修复材料，被广