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纳米级零价铁(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)具有还原性强、吸附性能好等特点,对于有机和无机污染物均具有较好的去除效果。但由于nZVI颗粒具有较高的表面能和磁力,容易团聚;同时由于其还原性较强,在环境介质中极易被氧化使其表面形成铁(氢)氧化物钝化层,不利于Fe0与污染物进行持续反应,影响其实际应用效果。nZVI的硫化改性可以增加反应活性、减缓表面钝化并延长使用寿命,日益引起人们的关注。本文利用低亚硫酸钠在nZVI制备中同步进行硫化改性,制备出硫化纳米零价铁(Sulfidated nanoscale zero-valent iron,S-nZVI)。S-nZVI 具有更大的比表面积和更好的分散性,可为污染物的去除提供更多的活性位点。本研究选取了工业废水中两种典型的重金属离子——以金属含氧酸根形式存在的Cr(Ⅵ)和以金属阳离子形式存在的Cd(Ⅱ)作为目标污染物,利用S-nZVI修复技术去除重金属污染。S-nZVI相对于原始的nZVI对水中的Cr(Ⅵ)具有更加优异的去除效果。S-nZVI通过吸附、还原和共沉淀作用去除Cr(Ⅵ),Cr(Ⅵ)的去除主要受材料比表面积、电子转移能力、表面结合Fe(Ⅱ)和表面电荷的控制。低硫化率(0.1 S/Fe)和高硫化率(0.5 S/Fe)的S-nZVI比表面积分别为nZVI的0.4和1.9倍,而对Cr(Ⅵ)的去除率分别是nZVI的0.8和2.6倍。大的比表面积为Cr(Ⅵ)的去除提供更多的活性位点,而FeSx具有高电导率,也将促进内部Fe0和Cr(Ⅵ)之间的电子转移;FeSx还具有还原性,可以直接参与Cr(Ⅵ)的还原。S-nZVI在老化12天后仍保持较高的Cr(Ⅵ)去除率(>75%),且S-nZVI在老化过程中具有比nZVI更低的铁溶出量,表明S-nZVI具有更出色的稳定性和使用寿命。此外,初始pH、温度、初始Cr(Ⅵ)浓度、离子强度和共存离子也都对Cr(Ⅵ)的去除效率有一定影响。S-nZVI内含的Fe0通过腐蚀产生结合态Fe(Ⅱ),带正电的S-nZVI可吸附带负电的Cr(Ⅵ),并通过FeSx迅速将电子转移给Cr(Ⅵ)还原生成Cr(Ⅲ),最后形成Cr(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氢氧化物共沉淀从而将Cr(Ⅵ)从水中去除。nZVI的硫化改性也可以提高其对Cd(Ⅱ)的去除率,硫化改性不仅可以抑制nZVI的团聚,并可将部分Cd(Ⅱ)沉淀为CdS。机理分析表明,Cd(Ⅱ)主要通过表面络合和化学沉淀固定在材料表面。nZVI在2h内对Cd(Ⅱ)的去除率仅为32%,而S-nZVI(0.3 S/Fe)在15min内对Cd(Ⅱ)的去除率就高达100%。在pH=7、温度为303 K的条件下,S-nZVI(0.3 S/Fe)对Cd(Ⅱ)的最大吸附容量为150 mgg-1。S-nZVI对Cd(Ⅱ)的去除过程符合拟二级动力学模型。温度的升高有利于Cd(Ⅱ)去除,说明反应是吸热过程。共存离子Mg2+和Ca2+的存在会抑制Cd(Ⅱ)的去除,而Cu2+能促进Cd(Ⅱ)的去除,Cd(Ⅱ)去除率的影响排序为Cu2+>对照组Mg2+>Ca2+。在pH、离子强度、HA浓度等反应条件变化的情况下,Cd(Ⅱ)的去除率始终保持较高水平(>85%),说明S-nZVI对于处理含Cd(Ⅱ)废水具有较好的应用潜力。