纳米零价铁修复土壤重金属污染研究进展

关于nZVI修复环境污染在工业废水、地下水等水处理领域的研究较多,对其修复土壤重金属污染的研究报道较少。梳理了nZVI常用的制备与改性方法以及不同方法制备nZVI的优缺点;阐述了nZVI与污染物的作用机理主要为还原、吸附和共沉淀;总结了近年来国内外关于nZVI在土壤重金属污染修复中的研究报道,发现nZVI对土壤中铅、镉、汞、砷都有很好的去除效果,但可能会一定程度上改变土壤本底菌群结构和微生物多样性。强调了生物炭负载的纳米铁改性基碳材料是一种修复效果显著、环境友好,具有良好应用前景的材料;指出了纳米铁基材料在土壤重金属修复中存在的不足,并对其在土壤重金属修复领域中应用研究进行了展望,以期为该领域的应用推广提供思路。     

改性纳米零价铁及其在水体修复中的应用研究进展

纳米零价铁(nZVI)及其复合材料特有的物理和化学性质使之能够通过吸附、还原、沉淀等多种作用实现对污染物的去除,作为一种高效修复材料在污染修复领域有着广泛的应用前景.对纳米零价铁复合材料的制备、改性以及在水体环境污染治理中的应用进行了全面论述.最后,就目前有关改性材料与nZVI的研究重点和发展方向进行展望,以期为nZV...     

纳米零价铁的制备、改性及对废水中重金属和 有机污染物的去除

纳米零价铁（nZVI）结合了零价铁还原性强和纳米材料比表面积大的特点,能够高效去除水体中的重金属和有机污染物,是当前环境科学领域研究的热点之一。研究表明单一nZVI颗粒存在易团聚及表面易被氧化等问题,影响nZVI颗粒形态和对污染物去除效果,限制了其在环境修复中的应用。针对目前的研究现状,本文分析并总结了以下内容：①nZVI常用的制备方法;②提高nZVI活性与稳定性的改性方法,如合成时添加表面活性剂和负载材料;③nZVI去除废水中Cr、Cd、Cu和As等重金属和硝基苯、氯代芳烃、氯代脂肪烃等有机污染物的主要机理及影响因素;④应用于自然环境中的nZVI可能对环境产生的毒理学效应和在环境修复过程中存在的潜在风险及其评估;⑤对nZVI今后的研究重点和方向进行分析和展望。     

多孔材料负载型纳米零价铁的制备及其在环境中的应用进展

纳米零价铁(nZVI)因其比表面积大,还原电势高、反应活性优异等特点被广泛应用于地下水和废水污染物的去除,展现出良好的去除效果。但易团聚、易氧化等问题使nZVI的应用受到局限。近年来,通过将nZVI负载在多孔材料上来改善其局限、提高其应用潜能的理论和研究受到广泛关注。本文从制备方法,对污染物的去除能效,增效机制等方面对负载型纳米零价铁的相关研究做出总结。提出了目前纳米零价铁系材料应用过程中存在的问题,对负载型纳米零价铁的应用前景进行了展望。     

多孔炭材料改性纳米零价铁的研究进展

多孔炭材料因其特殊的孔隙结构、较好的化学稳定性及较强的导电性等特性,近年来通过多孔炭材料改性纳米零价铁（nZVI）解决易团聚、迁移距离小、反应性低等问题,成为提高nZVI原位修复污染场地作用效果的研究热点。本文阐述了介孔炭、石墨烯、碳纳米管3种碳材料的特性,分析了多孔炭材料负载对nZVI迁移率、反应活性、选择性和电催化性的影响机理,并结合目前实验室研究到实际污染测试场地的应用实例对改性nZVI未来方向进行展望,指出碳材料载体今后的研究热点是优化多孔炭材料的形貌、表面基团、掺杂其他原子等。     

热强化多相抽提在氯代烃污染场地的中试研究

氯代烃是地下水中的常见污染之一,也容易形成非水相的污染物,常用的多相抽提修复技术,对于收集自由相污染物有较好的效果,但实现完全达标还有一定的难度。本研究以某氯代烃污染场地为例,开展热强化的原位多相抽提修复,修复监测结果表明,加热一方面可以提高污染物的迁移能力,一方面可以促进污染物转化为气相而去除,能有效去除地下水中的氯代烃污染物。     

球磨改性生物炭在环境修复中的应用进展

利用球磨机械力化学技术制备的改性生物炭具有成本低、产能高、绿色无溶剂等优点,近年来受到研究人员的广泛关注.球磨改性增加生物炭表面官能团、扩大其比表面积以及提高吸附容量,使球磨改性生物炭对环境污染物具有优异的去除性能,在环境修复领域应用前景广阔.介绍了球磨改性生物炭的制备与理化性质,总结了球磨改性生物炭在环境修复中对污染物质去除的最新进展,同时明确其对各类污染物的去除机制.在此基础上,探讨球磨改性生物炭在环境修复中目前存在的问题与限制因素,从明确技术和经济可行性、扩展材料应用范围以及厘清潜在生态环境风险等方面提出未来研究方向.     

纳米零价铁对化工污染土壤修复研究现状

纳米零价铁（nZVI）作为一种新型的环境修复材料,被广泛应用于环境污染物的去除。介绍了n ZVI的结构和特性,并重点综述了n ZVI修复化工污染土壤中涉及的重金属和有机物污染的研究现状。最后展望了应用n ZVI进行土壤修复的发展趋势。     

纳米零价铁去除水中重金属铅、铬离子的研究

纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)因其在重金属修复领域的潜在应用而备受关注。nZVI通常由零价铁(Fe~0)核和铁氧化壳结构组成,核壳结构不可避免地影响nZVI对重金属离子的去除性能。文章介绍了提高nZVI稳定性和分散性的新型绿色合成技术和nZVI的改性方法,重点综述了nZVI去除重金属铅、铬离子的反应机理以及去除过程的影响因素(nZVI投加量、pH值、反应温度和共存离子)。最后提出了nZVI合成过程中存在的科学问题并展望了nZVI在环境修复中的应用前景。     

可渗透反应墙反应材料研究进展

可渗透反应墙(PRB)技术是一种经济高效的被动地下水污染原位修复技术,被认为是最有潜力的地下水处理技术之一.污染地下水流经PRB墙体时,污染物被墙体内的反应材料截留或降解,实现污染物的去除,因此,PRB材料的研发是该技术的研究热点.迄今为止,基于种类众多的反应材料,PRB已被成功用于多种污染物的去除.本文在分类阐述PR...     

纳米零价铁的制备、改性及场地应用研究进展

总结了纳米零价铁常用的制备技术,并比较了各种制备方法的优缺点,分析了纳米零价铁技术在实际应用中存在的问题,叙述了纳米零价铁4种改性方法的研究进展。介绍了国内外关于纳米零价铁技术的中试及场地治理的情况,分析了纳米零价铁工程化应用的制约因素,即纳米零价铁的高制备成本、在地下水流场中的迁移机制不明晰及所造成的生态环境风险难以评估等。认为纳米零价铁技术与生物技术、高级氧化技术、电化学技术等多种技术的联用是未来地下水环境修复治理的一个重要的研究方向,作为新兴的污染场地修复技术在我国有着巨大的发展空间及应用前景。     

纳米零价铁强化高岭石去除水中Cr(VI)及机制研究

纳米零价铁(nZVI)作为一种治理重金属、核素污染物的环保材料而被广泛关注,而黏土矿物作为常见的重金属吸附材料虽成本低廉、来源广泛,但去除性能又普遍有限。通过液相还原法制备nZVI/高岭石复合材料来强化高岭石去除水中Cr(VI)的性能,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)技术对其结构进行表征,考察了Cr(VI)初始浓度、nZVI/高岭石投加量、温度等条件对Cr(VI)去除率的影响,并探讨了其对水中Cr(VI)的去除能力及机制。结果表明,nZVI/高岭石中的nZVI结晶度低,粒径在50~100 nm,nZVI/高岭石在60 min时对Cr(VI)的去除率达91.7%,分别比nZVI和高岭石提高了2.7倍和18.5倍。nZVI/高岭石对Cr(VI)的去除动力学符合准二级动力学模型,表观反应活化能为27.97 kJ/mol,去除是吸附、还原和共沉淀共同作用的结果。通过nZVI强化可提升高岭土在水处理和环境修复中的应用前景。     

地下水三氯乙烯污染修复技术

三氯乙烯（TCE）在工业生产中的大规模使用,使其成为地下水和土壤中分布最为广泛的污染物之一。综述了TCE污染地下水和土壤的修复方法,包括抽出处理和原位修复,其中原位修复又包括原位化学氧化、原位电动修复、原位生物修复以及渗透反应格栅技术。     

改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展

土壤中金属污染导致食用林产品、农产品中重金属高富集，严重威胁人类健康。生物炭作为简单易得，来源广泛的吸附材料，可用于土壤重金属污染物修复。本文主要综述了生物炭的制备、改性剂的选择与功能、改性方法及改性生物炭的特性。介绍了改性生物炭的表征手段如傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和比表面积和孔径分析仪在生物炭改性过程中的作用及分析方法。客观分析了改性生物炭的制备方式及对土壤重金属污染修复的机制及效果，并讨论生物炭及改性生物炭对重金属常见的吸附机理以及表面吸附、静电作用、离子交换和共沉淀的特征和条件。大量的研究结果表明，生物炭对降低土壤中重金属的有效态含量具有显著效果，且经过酸碱、氧化还原、吸附剂复合等方式改性后吸附性能更加高效和稳定。生物炭改性是为了提高生物炭的安全性、高效性、重复使用性和环境友好性，同时加强生物炭的重金属修复性能。因此，功能型生物炭的研制及拓展改性生物炭的应用是生物炭改性的进一步深入研究方向。     

生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展

介绍了生物炭的制备、改性及表征，尤其是在环境修复中的应用。阐述了生物炭常用的制备方法包括热解法、气化法和水热碳化法，指出生物炭的制备原料和条件决定了生物炭的吸附性能。为了提高生物炭的吸附性能，常通过酸、碱、氧化剂、金属氧化物、有机化合物、紫外辐射、等离子体、复合材料、蒸汽及气体吹扫等方式对其进行改性处理，而改性方法的选择主要取决于应用的环境领域。虽然生物炭已在土壤修复及改良、固碳、有机固废堆肥、废水净化及大气污染治理等领域取得了良好的效果，但是生物炭的固碳效果还需要在不同土壤条件进一步验证，生物炭提高土壤质量的原因还需要进一步研究，生物炭去除土壤中有机污染物的作用机理也有待进一步探明。此外，利用生物炭进行环境修复时，应注意生物炭的稳定性问题，以免造成二次污染。综上所述，生物炭在环境修复中具有广阔的应用前景，但也存在一些问题和挑战需要解决。     

铋系半导体光催化剂研究进展

铋系半导体材料具有特殊的层状结构以及合适的带隙，具有良好的可见光响应能力以及稳定的光化学特性，作为一类新型的环境友好型光催化剂在环境修复与解决能源危机等领域受到广泛关注，已成为近年来的研究热点。然而，铋系半导体光催化剂距离实际大规模应用仍存在一些亟需解决的问题，如光生载流子复合率高、对可见光谱的响应范围有限、光催化活性较差、还原能力较弱等。本文首先介绍了铋系半导体材料的典型特征、制备方法与反应机理，在此基础上着重阐述了铋系半导体光催化在形貌调控、构建异质结、离子掺杂、碳质材料掺杂、贵金属沉积、染料敏化等改性手段的研究进展以及在降解水体污染物、杀菌消毒、空气净化、制氢、还原CO₂、有机合成等领域的应用成果。最后对铋系半导体光催化剂的未来前景做出展望，指出其未来的研究方向应致力于从多手段耦合改性、拓展其应用领域以及深入探究反应机理等方面开展。     

Decontamination of 1,2-Dichloroethane DNAPL in Contaminated Groundwater by Polymer-Modified Zero-Valent Iron Nanoparticles

Remediation of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) contaminants in groundwater has received considerable attention in the environmental field. Generally, DNAPLs can flow with groundwater and further infiltrate down to deeper aquitard zone that is difficult to be removed by pumping. The DNAPLs may also contaminate the soil and groundwater concurrently in the duration of flowing with groundwater slowly. In this study, remediation of 1,2-dichloroethane (1,2-DCE) in DNAPL contaminated groundwater was studied by a reductive reaction with polyethylenimine (PEI) surface-modified zero-valent iron nanoparticles (PEI-nZVI). The prepared PEI-nZVI was injected into upstream wells and reach the plume of DNAPLs down with the flowing groundwater. Moreover, nZVI was further characterized after field injection and 1-day reaction with the contaminants to assess its effectiveness for the on-site reduction of 1,2-DCE. After direct injection of PEI-nZVI into the contaminated plume, the concentrations of 1,2-DCE was significantly reduced. Moreover, the plume was decontaminated to nontoxic species onto the highly active nZVI. By using resistivity image profiling (RIP), the conductivity data of modified nZVI solution and sampled groundwater were similar. In addition, RIP can reveal complex subsurface DNAPLs structures by dense sampling of resistivity variation at shallow depth. Additionally, X-ray absorption near edge structure (XANES) and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy studies indicated that after the reductive reaction, nZVI and PEI-nZVI were oxidized to Fe₃O₄. The interatomic distances for the reacted samples were 1.95 Å and 1.93 Å, respectively. The combined technique of floating surface-modified nZVI and RIP method would be economically and environmentally attractive.

Graphical Abstract

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层状双金属氢氧化物吸附剂的功能化改性策略

层状双金属氢氧化物（LDHs）是一类阴离子交换能力强、可调性好、热稳定性高、活性位点丰富的纳米吸附材料,在水中污染物的吸附去除方面呈现出巨大潜力。然而,官能团和结构组分的缺陷严重限制了原始LDHs的吸附性能和应用范围。利用不同改性策略对LDHs进行功能化处理,能显著增强LDHs的污染物吸附容量、选择性、稳定性、可回收性以及适用范围。该文从LDHs吸附水中污染物性能的优化出发,重点综述了当前常用的插层、表面修饰、煅烧、复合组装、包埋、制膜等LDHs功能化改性策略,总结了其与水中各种污染物（无机非金属阴离子、重金属离子、染料以及抗生素）之间的作用机理。此外,还阐述了相应的再生手段。最后,简要提出了功能化LDHs吸附剂的优势以及后期研究可能面临的障碍,并对其广阔的应用前景进行了展望。