纳米零价铁在污染土壤修复中的应用与展望

近年来,纳米零价铁因其大的表面积和高的表面反应活性,在生态环境保护和污染控制中的作用与贡献越来越大;同时,作为在污染土壤和水体修复与治理方面可以提供具有成本-效益解决方案的一项新技术,已经受到越来越多的关注.关于纳米零价铁在污染水体和地下水修复方面的报道已有很多,但极少是有关纳米零价铁在污染土壤修复方面的.本综述中,对近期纳米铁及其在环境修复特别是土壤修复中的研究进展作了概括和展望,总结了提高纳米零价铁的活性、稳定性及迁移性的改性技术,如聚合物包覆、活性炭负载、CMC稳定等.这些纳米零价铁可以去除/转移环境中广泛的污染物,如重金属、无机盐及有机物.随后对纳米零价铁及其改性材料在污染土壤修复中的研究进展进行了较为详细的概述,并对影响反应效率的因素加以讨论;另外,还对零价纳米铁在环境中的稳定性、迁移性及其潜在生态毒性效应做了简要的探讨.对其未来的应用方向进行了展望,以期为今后研究纳米零价铁作为参考.     

硫掺杂零价铁去除Cr(Ⅵ)的机理及环境影响因素

为提高对六价铬[Cr_2O_7~(2-),Cr(Ⅵ)]的去除能力,采用硫代硫酸钠对零价铁(ZVI)进行改性。采用吸附实验研究所制备的硫化零价铁(S-ZVI)在不同环境条件下对溶液中Cr(Ⅵ)的去除能力,结合对材料的表征分析,探讨了S-ZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:硫掺杂后形成FeSx并覆盖在ZVI表层,所得S-ZVI的表面积约为ZVI的2倍。硫化改性有效地提高了材料对水体中Cr(Ⅵ)的吸附和还原能力。在pH为3时的吸附数据更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其中S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除量约为ZVI的3倍。反应后材料的解吸实验和XPS分析显示Cr(Ⅵ)大部分被还原为Cr(Ⅲ),并进一步被吸附沉淀。硫化改性提高了ZVI的导电能力,从而提高了ZVI在Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递速率。低pH值和高温更有利于两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,而腐植酸(HA)抑制Cr(Ⅵ)的去除。因此,S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除包括还原、吸附和共沉淀机制,S-ZVI较好的性能可能与其良好的电化学特性和较大的表面积有关。     

零价铁修复铬污染水体研究进展

综述了零价铁处理含铬废水研究进展,分析了零价铁处理含铬废水的机理、影响因素及改良方法,并指出了使用零价铁处理含铬废水的发展方向。     

硫酸盐还原菌修复铬(Ⅵ)污染土壤研究

从含铬污水、活性污泥和铬污染土壤中分离出6株硫酸盐还原菌（sulphate—reducing bacteria，简称SRB），并对它们进行了还原C“Ⅵ）能力的验证试验，研究了利用其中2株菌（Wn-1和Ws-2）修复Cr（Ⅵ）污染土壤的效果。结果表明，分离获得的6株SRB都具有还原Cr（V1）能力，综合分析3个不同初始Cr（Ⅵ）浓度的Cr（Ⅵ）转化率，Wn-1和Ws-2的还原Cr（Ⅵ）能力较强，其次为Ws-1和Wn-2，而Tj和Tg较弱，即从电镀厂污水处理厂污水和活性污泥中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较强，而从电镀厂附近土壤和基地铬污染土壤中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较差；初始Cr（Ⅵ）浓度过高会抑制硫酸盐还原菌的还原能力；菌株Wn-1和Ws-2都能很好地修复Cr（Ⅵ）污染土壤，但它们的混合菌液修复效果更佳，10d后Cr（Ⅵ）的转化率达75．3％；菌株Wn-1和Ws—2经初步鉴定为脱硫弧菌。     

纳米零价铁在环境修复中的应用

主要对纳米零价铁在环境修复中的应用进行论述。     

纳米零价铁颗粒用于地下水原位修复的研究进展

纳米零价铁(n ZVI)颗粒是指粒径在1~100 nm之间的铁颗粒,其比表面积大、反应活性高,可以降解各种卤代有机物和重金属离子。n ZVI悬浊液可以直接注入到污染区的含水层,形成高效的原位反应区,灵活、经济地原位修复受污染地下水。n ZVI原位修复地下水技术在国外已得到工程应用,其中n ZVI自身特性、场地环境因素对其效能的影响、n ZVI的稳定、分散与迁移及科学有效的检测评价手段是今后该领域的研究方向。     

零价铁修复铬污染水体的实验室研究

以废铁屑为原料，在实验室条件下研究了铬的去除效率和速率，同时研究了铁的投加量、溶液初始酸度、铬起始浓度、小分子阴离子(硫酸根、磷酸根、硝酸根、草酸根、柠檬酸根)等因素的影响，并对反应前后水溶液pH和氧化还原电位的变化作了对比研究。结果表明，铁能很快去除水体中的铬，且铬的去除速率随溶液的pH降低而增快；除柠檬酸根外，其他阴离子的存在均不同程度地促进了铬的去除速率和效率。反应前后，水体pH值升高，氧化还原电位降低。初步探讨了零价铁除铬和小分子阴离子对铬去除影响的机理。     

纳米零价铁与降解菌联合修复多氯联苯污染土壤效果的研究

多氯联苯（polychlorinated biphenyls, PCBs）是土壤中典型的污染物,纳米零价铁（nanoscale zero-valent iron,n ZVI）可以高效地将高氯代PCBs脱氯成更容易被微生物降解的低氯代PCBs。本研究从浙江省台州市某电子垃圾拆解场采集了受PCBs污染的土壤样品,采用nZVI与PCBs降解菌嗜吡啶红球菌（Rhodococcus pyridinovorans）R04开展联合修复研究,考察其对PCBs的去除效果。结果表明：nZVI与降解菌R04联合处理对土壤中PCBs总量及各氯代PCB同类物的去除效果均优于nZVI或R04单独处理;nZVI与降解菌R04联合处理32 d时,土壤中PCBs去除率达59.4%,高于单独使用nZVI的去除率（46.1%）,也显著高于单独使用降解菌R04的去除率（34.4%,P<0.05）。因此,nZVI与降解菌联合修复PCBs污染土壤具有较好的应用潜力。     

动态条件下壳聚糖稳定纳米铁去除水体中Cr（Ⅵ）的研究

以重金属Cr(Ⅵ)为目标污染物,在两种实验条件下(实验柱Ⅰ为模拟污染水样,实验柱Ⅱ为实际污染水样)考察了壳聚糖稳定纳米铁对Cr(Ⅵ)的去除能力。实验柱Ⅰ和实验柱Ⅱ分别在第160PV和127PV时发生了击穿效应。与实验柱Ⅰ相比,实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁对Cr(Ⅵ)的去除能力降低了25%。SEM表征显示,实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁的表面形成了许多葡萄状晶体,它们的存在导致实验柱Ⅱ中纳米铁的去除能力明显低于实验柱Ⅰ。XPS表征显示,由于Ca和Mg的氢氧化物替代了部分铁氢氧化物,导致实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁表面Fe原子的相对含量低于实验柱I。Cr元素高分辨率XPS能谱分析显示,在实验柱Ⅰ的条件下Cr(Ⅵ)被还原得更充分,而且在两种实验条件下都有部分Cr(Ⅵ)被吸附在纳米铁表面最终没有被零价铁所还原。     

黑土无机纳米微粒对Cr(Ⅵ)光催化还原的试验条件研究

从黑土中提取铁、铝氧化物为主的无机纳米微粒,在紫外光照射下光催化还原Cr（Ⅵ）,研究其行为及影响因素。结果表明：对50mL反应液[（Cr（Ⅵ）质量浓度30mg／L,黑土无机纳米微粒质量浓度6.5mg／mL,H2SO4 0.5mol／L]光照时间7h,Cr（Ⅵ）的光催化还原率在90％以上,符合一级反应速率方程Inc=-0.366t＋3.489。芳香族化合物对Cr（Ⅵ）的光催化还原有一定影响。     

活性炭负载纳米零价铁去除溴酸盐的研究

实验采用液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁材料(nZVI/AC),并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等对其结构进行表征.考察了不同反应条件下nZVI/AC对BrO3-的去除效率,并研究其去除机理.结果表明nZVI/AC具有很高的表面反应活性,且nZVI和活性炭(AC)之间存在协同作用. BrO3-的去除效率随 pH 值的减小而增大, 共存离子NO3-和SO42-对其去除率影响不大但降低了去除速率.机理分析表明BrO3-被nZVI/AC吸附而使局部BrO3-浓度升高,并被nZVI迅速还原为无毒的Br-.     

剑麻对铁矿尾矿库土壤修复的试验研究

［目的］ 评价尾矿库污染程度及剑麻对重金属污染的修复效果。［方法］ 通过野外调查和实验室分析对海南省昌江石碌铁矿尾矿库污染程度进行评价,并将2种剑麻品种H.11648和毛里求斯分别种于对照土壤与2个尾矿库土壤上,观察其对植株生长的影响。［结果］ 参照土壤污染国家2级标准和该地区土壤污染背景值,除Cr、Ni、Pb外,所有重金属均存在不同程度的污染,其中2个尾矿库Cd、Fe污染程度达到重度。种植剑麻后,各处理条件下,叶片吸收各重金属含量依次为Mn、Fe、Zn,其次为Pb、Ni和Cu、Co、Cr、As和Hg最低;根系中,以Fe、Mn、Zn含量较高, Cu、Pb、Ni含量其次,As、Cr、Co、Hg含量较低。［结论］ H.11648修复污染土壤比毛里求斯更具有优势。     

苎麻在镉污染土壤修复中的研究进展

苎麻(Boehmeria nivea L.)是一种对土壤中镉(Cd)污染极具清除潜力的纤维作物。综述了苎麻在土壤镉污染修复中的最新研究进展。研究表明,苎麻虽然不是重金属超积累植物,但是它对镉表现出较强的吸收能力和耐受性,且品种间Cd耐受性差异显著;添加螯合剂,可显著增强苎麻对Cd的吸收和积累能力。目前,对苎麻耐Cd性强的相关机制仍不甚了解。因此,镉胁迫下苎麻的生理响应和基因表达、耐Cd基因的挖掘和鉴定、相关转基因苎麻的研究和应用等必将成为今后研究的重点。     

零价铁降解水中的阿特拉津

本文应用零价铁(Fe0)技术,以阿特拉津为目标污染物,考察了零价铁的效应,研究了不同零价铁投加量、不同溶液初始pH值等因素对阿特拉津降解效果的影响。结果表明,零价金属铁脱氯降解阿特拉津,随着金属铁质量的增加,阿特拉津的降解率也会增加;溶液初始pH值2～11时,阿特拉津降解率随其低pH值的增加而减小,可以促进零价金属铁的腐蚀,有利于阿特拉津降解。     

土壤清洗修复镉污染研究进展

我国土壤镉污染日益严重,采取合理的措施对镉污染土壤进行修复是当今环境科学研究的热点。土壤清洗作为最有效的修复方式之一,因其安全性及价格优势被广泛认可。本文简述了不同洗涤材料修复镉污染土壤的优缺点及其国内外研究与发展动态,以期为我国土壤镉污染修复技术的发展提供参考。