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生物炭和凹凸棒土负载纳米零价铁去除水中六价铬的性能与机理研究

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环境科学学报 2024年第7期 127-136页

作者：于嘉璐卢美霞何苗苗魏玉珍蔡立群潘占东孛永明李旭春甘肃农业大学资源与环境学院甘肃农业大学干旱生境作物学国家重点实验室定西市水土保持科学研究所

近年来，环境铬(Cr（Ⅵ）)污染受到广泛关注.单独使用纳米零价铁（nZVI）颗粒、生物炭（BC）和凹凸棒（ATP）修复水环境中的Cr（Ⅵ）污染引起了广泛关注.然而，关于这些复合材料的联合应用，即nZVI/ATP和nZVI/BC，以减轻水中Cr（Ⅵ）的... 详细信息

近年来，环境铬(Cr（Ⅵ）)污染受到广泛关注.单独使用纳米零价铁（nZVI）颗粒、生物炭（BC）和凹凸棒（ATP）修复水环境中的Cr（Ⅵ）污染引起了广泛关注.然而，关于这些复合材料的联合应用，即nZVI/ATP和nZVI/BC，以减轻水中Cr（Ⅵ）的毒性效应的研究很少.因此，本研究选择nZVI、BC和ATP的联合应用作为载体材料，采用液相还原法合成nZVI/BC和nZVI/ATP复合材料，研究负载比、添加量、Cr（Ⅵ）初始浓度和反应时间对去除性能的影响.结果表明：（1）负载nZVI后，其对Cr（Ⅵ）的去除效率显著提高了148.89%和131.90%；（2）在100 mg·L-1的Cr（Ⅵ）浓度条件下，nZVI/ATP最佳添加量为4 g·L-1，去除容量为68.5 mg·g-1,nZVI/BC为6 g·L-1，去除容量为63.59 mg·g-1；此外，本研究进一步使用TEM、XRD、XPS和等温吸附拟合分析，对两种复合材料去除六价铬的机理进行了探讨，得出复合材料对Cr（Ⅵ）去除是Fe0、负载材料与Cr（Ⅵ）之间的氧化还原、吸附及共沉降等综合作用的结果，在低Cr（Ⅵ）浓度条件下，去除过程以氧化还原为主导，而在高浓度条件下吸附作用则占优势；此外，两种复合材料对六价铬的吸附具有差异性，nZVI/ATP对Cr（Ⅵ）的吸附主要为表面的单层吸附，nZVI/BC则以孔隙内的多层吸附为主，相比于凹凸棒，零价铁更容易被生物炭表面的官能团氧化而与之发生络合反应，这可能是凹凸棒改性复合材料的去除效果优于生物炭的原因之一.

关键词：纳米零价铁生物质炭凹凸棒土重金属污染水处理

绿色合成粉煤灰负载纳米零价铁及其去除水中六价铬

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环境科学学报 2024年

作者：王雪莲孙吴刘霞郜维冬成聪聪徐楠苏州科技大学环境科学与工程学院江苏省环境功能材料重点实验室

采用绿色合成方法，通过粉煤灰(Coal Fly Ash,CFA)负载，利用茶叶提取物—茶多酚还原制备纳米零价铁复合材料(nZVI@GT-CFA).同时，采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等手段对nZVI@GT-CFA的理化性... 详细信息

采用绿色合成方法，通过粉煤灰(Coal Fly Ash,CFA)负载，利用茶叶提取物—茶多酚还原制备纳米零价铁复合材料(nZVI@GT-CFA).同时，采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等手段对nZVI@GT-CFA的理化性质进行表征，并探究了不同Fe∶CFA负载比的nZVI@GT-CFA对水中Cr(VI)的去除效率.结果表明，粉煤灰负载和茶多酚包裹协同作用大大提高了nZVI@GT-CFA的反应活性和分散性能，且以Fe∶CFA负载比10∶1制备的nZVI@GT-CFA对Cr(VI)的去除性能最佳，达到306.57 mg·g-1，其中对Cr(VI)的还原去除量为190.45 mg·g-1，吸附去除量为116.12 mg·g-1.本研究为nZVI@GT-CFA应用于地下水Cr(VI)污染的修复提供了理论依据和技术支撑.

关键词：绿色合成粉煤灰纳米零价铁六价铬去除

海泡石改性纳米零价铁对Cd的吸附效果及其机制

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环境化学 2024年

作者：梅哈古丽·艾尼瓦尔张拓殷宪强张楠彭礼枚李洪斌曾希柏南宁师范大学环境与生命科学学院新疆农业大学资源与环境学院新疆维吾尔自治区中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所广电计量检测(湖南)有限公司西北农林科技大学资源环境学院

为明确海泡石改性纳米零价铁(S-nZVI)对Cd在水体和土壤中的吸附效果及其作用机制，本研究采用批量吸附和土培试验，结合现代光谱表征分析等方法，探究了S-nZVI对Cd的吸附及影响因素，并深入分析了S-nZVI对镉吸附的吸附作用机制.结果表... 详细信息

为明确海泡石改性纳米零价铁(S-nZVI)对Cd在水体和土壤中的吸附效果及其作用机制，本研究采用批量吸附和土培试验，结合现代光谱表征分析等方法，探究了S-nZVI对Cd的吸附及影响因素，并深入分析了S-nZVI对镉吸附的吸附作用机制.结果表明，负载nZVI提高了海泡石对Cd的吸附能力，S-nZVI对Cd的饱和吸附量达到11.37 mg·g-1;S-nZVI对Cd的等温吸附更符合Freundlich模型，该过程属于多层吸附；S-nZVI对Cd(Ⅱ)的吸附量随pH的增加而显著增加，磷酸根和硝酸根离子的存在能促进S-nZVI对Cd的吸附.不同S-nZVI的添加剂量均能显著降低土壤有效镉的含量，其中5%W/W的添加量表现效果最好.综合批量吸附实验和光谱分析(XPS和XRD)的结果发现S-nZVI对Cd的吸附作用机制主要包括离子交换、静电吸附、沉淀和络合作用.本研究的结果证明了S-nZVI可以作为一种对镉具有良好吸附作用的材料，并且在镉中轻度污染水体和土壤修复中具有较广泛的应用前景.

关键词：海泡石纳米零价铁镉吸附机制

碳改性纳米零价铁对水中六价铬的强化吸附还原研究

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安全与环境学报 2024年第1期24卷 353-360页

作者：陈海峰张路萍江苏省农药废水处理及资源化利用工程研究中心南通职业大学药品与环境工程学院江苏南通226007

纳米零价铁材料因其还原性强的特点而多用于水中Cr(Ⅵ)污染治理。以葡萄糖和氯化铁为原料,通过碳化煅烧还原,制备碳改性纳米零价铁复合材料(nZVI@GC)。材料形貌及结构性质的分析显示,nZVI@GC上纳米零价铁为体心立方的α-Fe^(0),且颗粒... 详细信息

纳米零价铁材料因其还原性强的特点而多用于水中Cr(Ⅵ)污染治理。以葡萄糖和氯化铁为原料,通过碳化煅烧还原,制备碳改性纳米零价铁复合材料(nZVI@GC)。材料形貌及结构性质的分析显示,nZVI@GC上纳米零价铁为体心立方的α-Fe^(0),且颗粒分散均匀,平均粒径为32 nm。批处理试验显示,24 h内nZVI@GC对水体中Cr(Ⅵ)的吸附还原质量比为178.6 mg/g,是纳米零价铁(nZVI)的5.7倍,且吸附还原反应符合准二级动力学模型(R^(2)=0.9993)。其中,在pH值为2~3,Cr(Ⅵ)的初始质量浓度为50 mg/L,纳米零价铁的投加质量浓度为0.5 g/L的条件下,nZVI@GC可在30 min内完全吸附还原水中的Cr(Ⅵ)。在干燥空气中无保护存放nZVI@GC时,复合材料上的碳可以有效抑制氧气对纳米零价铁的侵蚀。与新制备材料相比,30 d后nZVI@GC对水中Cr(Ⅵ)的吸附还原率仅下降3.4%。nZVI@GC为材料高效、经济地吸附还原水中Cr(Ⅵ)提供了一种选择。

关键词：环境工程学六价铬纳米零价铁碳基材料吸附还原

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贻贝壳负载纳米零价铁去除钒（V）的性能与机制

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工业水处理 2024年

作者：李然纪丽丽何前锐夏晓月王亚宁浙江海洋大学食品与药学学院浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心

针对采矿、冶金、石油炼制等行业产生的含钒废水所导致的环境污染难题，以热解后的贻贝壳粉（CMS）为载体，通过液相还原法制备了贻贝壳负载纳米零价铁复合材料（nZVI@CMS），采用SEM、TEM、XRD、BET、FTIR和XPS等对其进行了表征；并通... 详细信息

针对采矿、冶金、石油炼制等行业产生的含钒废水所导致的环境污染难题，以热解后的贻贝壳粉（CMS）为载体，通过液相还原法制备了贻贝壳负载纳米零价铁复合材料（nZVI@CMS），采用SEM、TEM、XRD、BET、FTIR和XPS等对其进行了表征；并通过批量吸附实验考察了nZVI@CMS对V（V）的吸附性能，利用吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学分析了nZVI@CMS对V（V）的吸附机制。结果表明，nZVI@CMS是一种疏松多孔的链球状结构，含有多种含氧官能团。在投加量0.05 g/L、初始pH=7、温度25 ℃条件下，nZVI@CMS对V（V）最大吸附量为149.33 mg/g。nZVI@CMS对V（V）吸附过程可通过Langmuir吸附等温模型与伪二阶动力学方程进行拟合，且是自发的吸热过程。综合分析，nZVI@CMS对V（V）去除机制主要包括吸附、还原和共沉淀。本研究将贻贝壳变废为宝，同时为废水中V（V）的高效治理提供了新思路。

关键词：贻贝壳液相合成纳米零价铁钒还原

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铝基MOF负载纳米零价铁去除硝酸盐的研究

水处理技术 2024年第5期50卷 60-66页

作者：孟家琪郭波金史怡邢海双陈越太原理工大学环境科学与工程学院山西太原030024

采用液相还原法制得的纳米零价铁(nZVI),负载于铝基金属有机框架上制成复合材料(nZVI@Al-MOF),用于去除水中的NO_(3)^(-)-N。考察初始pH、nZVI@Al-MOF投加量、温度和共存离子等因素对去除NO_(3)^(-)-N的影响。结果表明,在pH为3.0~11.0... 详细信息

采用液相还原法制得的纳米零价铁(nZVI),负载于铝基金属有机框架上制成复合材料(nZVI@Al-MOF),用于去除水中的NO_(3)^(-)-N。考察初始pH、nZVI@Al-MOF投加量、温度和共存离子等因素对去除NO_(3)^(-)-N的影响。结果表明,在pH为3.0~11.0的研究范围内,nZVI@Al-MOF去除NO_(3)^(-)-N几乎不受pH的影响。NO_(3)^(-)-N初始质量浓度20 mg/L、温度298 K,nZVI@Al-MOF投加量2.0 g/L时,反应180 min,初始pH为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0时,NO_(3)^(-)-N去除率分别可达96.8%、97.1%、97.8%、99.8%、98.1%,几乎所有的NO_(3)^(-)-N被还原为NH_(4)^(+)-N,去除效果极佳且表现稳定。伪二级吸附动力学模型极好描述了(R~2=0.999 6~0.999 9)nZVI@Al-MOF吸附还原NO_(3)^(-)-N的行为,其等温吸附过程符合Freundlich模型,表明吸附为多层化学吸附。热力学结果显示,吸附反应是自发吸热的过程。SEM和FTIR的表征结果显示,nZVI成功负载于Al-MOF上,nZVI@Al-MOF对NO_(3)^(-)-N的去除主要是吸附和还原作用的结果。

关键词：铝基MOF 纳米零价铁硝酸盐

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碳基纳米零价铁复合材料的合成与应用研究进展

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化工新型材料 2024年

作者：孙福祺李建亮丁杰何岸飞苏州科技大学环境科学与工程学院招商局生态环保科技有限公司

由活性炭、生物质炭、石墨烯、碳纳米管和介孔碳等碳基材料作为纳米零价铁（nZVI）载体的环境功能复合材料具有高孔隙率、大比表面积、强吸附性和还原性等特点，被广泛应用于有机污染物和重金属的去除。综述了液相还原共沉淀、碳热还原... 详细信息

由活性炭、生物质炭、石墨烯、碳纳米管和介孔碳等碳基材料作为纳米零价铁（nZVI）载体的环境功能复合材料具有高孔隙率、大比表面积、强吸附性和还原性等特点，被广泛应用于有机污染物和重金属的去除。综述了液相还原共沉淀、碳热还原、水热碳化和机械化学等碳基纳米零价铁复合材料（C@nZVI）的合成和表征方法。通过总结C@nZVI的主要应用对象和处理性能，归纳了各种C@nZVI的结构、特性和去除污染物的机理。C@nZVI不仅应用于水中有机污染物和重金属污染物的去除，还用于贵金属回收、电化学催化以及脱氮除磷生物反应器等新领域。目前，在C@nZVI合成方法的优化、C@nZVI的回收与利用，以及C@nZVI应用于复合污染修复等方向的研究仍需完善。总结归纳了C@nZVI合成与应用的最新进展，为C@nZVI的进一步研究和应用提供了最新信息。

关键词：碳基材料纳米零价铁环境功能复合材料有机污染物重金属

香根草生物炭负载纳米零价铁去除Cr(VI)的吸附-还原-共沉淀机理

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环境科学学报 2024年

作者：于亚慧吴斌郭舒雅李佳成都理工大学生态环境学院地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室

热解炭化是重金属富集植物后处理的一种有效途径.本研究以富集重金属后的植物香根草(Chrysopogon zizanioides)为原料，在不同温度下(300、400、500和700℃)裂解制备生物炭(HBC)用于负载纳米零价铁合成复合材料(HBC/nZVI)，并探究其物... 详细信息

热解炭化是重金属富集植物后处理的一种有效途径.本研究以富集重金属后的植物香根草(Chrysopogon zizanioides)为原料，在不同温度下(300、400、500和700℃)裂解制备生物炭(HBC)用于负载纳米零价铁合成复合材料(HBC/nZVI)，并探究其物化特征和去除Cr(VI)的效果与机理.结果表明：在400℃下热解所得生物炭(HBC400)比热解温度在300、500和700℃时生成的生物炭展现出更好的孔隙度和形态结构，HBC400有效地抑制了纳米Fe0粒子的团聚.修复实验表明，HBC400/nZVI对Cr(VI)的去除率最高，当初始Cr(VI)浓度为50 mg·L-1、pH=3和投加量为1.0 g·L-1时，HBC400/nZVI对于Cr(VI)的去除率达到98.9%，吸附过程高度符合准二级动力学方程.FTIR和XPS等结果表明HBC400/nZVI主要通过吸附、还原和共沉淀过程去除Cr(VI).含氧官能团将Cr(VI)吸附在HBC400/nZVI表面后，Cr(VI)被Fe0粒子还原为Cr(III),Cr(III)和Fe(III)会发生共沉淀以CrxFe1-x(OH)3和Fe(OH)3-Cr(OH)3形式附着于HBC400/nZVI表面.同时，整个反应过程中，生物炭中的Cd和Pb等金属离子未析出.本研究表明HBC/nZVI可安全用于处理Cr(VI)污染水体.

关键词：生物炭纳米零价铁六价铬去除机制

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改性纳米零价铁修复砷镉复合污染研究进展

农业环境科学学报 2024年

作者：梅哈古丽·艾尼瓦尔杨再磊罗艳丽周建勤朱新萍贾宏涛新疆农业大学资源与环境学院新疆土壤与植物生态过程重点实验室北京农学院生物与资源环境学院

砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁（nZVI）在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式，阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制，针对今后改性nZVI修... 详细信息

砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁（nZVI）在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式，阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制，针对今后改性nZVI修复砷镉复合污染研究进行了展望。

关键词：纳米零价铁改性方法砷镉复合污染固化机制