零价铁硫化改性技术及其在水处理中的应用进展

发布时间：2020-10-22 10:09

　　 总结了有关硫化零价铁(特别是硫化纳米零价铁)去除水体污染物的最新研究和进展,对硫化零价铁技术发展历程及其制备方法进行了介绍。深入分析了硫化试剂类型、硫化改性方法和S/Fe摩尔比对硫化零价铁处理水体污染物的影响,并且详细归纳、阐述了硫化显著提高零价铁反应活性的机制。最后提出了将来需要关注的问题以及研究方向。
【部分图文】：

机械球磨法是一类常见的ZVI制备方法，该法具有操作简便、无二次污染和适于规模生产等特点。但通过物理球磨法制备硫化零价铁还从未被报道，直到2017年，Gu等[13]首次通过球磨法制备出硫化微米零价铁来去除TCE。如图1(d)，该材料是在无氧环境条件下，将微米级零价铁与硫粉置于行星式球磨机中，以400 r/min的速度反应30 h制得，并且其去除TCE的效率在原基础上提升了5～50倍。目前，机械球磨法仅研制出了微米级别的硫化零价铁。如何进一步通过物理方法制得纳米级别的硫化零价铁还值得大家持续关注和研究。2 制备条件对S-n ZVI反应活性的影响

S/Fe摩尔比被认为是影响S-nZVI反应活性和去除性能的最关键因素之一。表1和表2汇总了多种反应体系下S-nZVI的最佳S/Fe摩尔比，图2总结了各种类型的S-nZVI在不同S/Fe摩尔比下去除污染物的速率常数。结合表1、表2数据可以得出，由于S-nZVI制备方法和处理的目标污染物不同，导致各研究中的最佳S/Fe摩尔比也不同。因此无法统一比较在不同研究中S-nZVI的最佳S/Fe摩尔比。但从图2中可以看出，各体系中的S-nZVI随着S/Fe摩尔比的增大，对污染物的去除速率常数都遵循着先升高后降低的规律。然而，学者们对于造成这一规律的见解也有所不同。Du等[12]认为这一现象可能与电子的传递有关，低S/Fe摩尔比促进了电子由内层Fe0向外层FeS的转移，而高S/Fe摩尔比致使材料表面FeS层太厚，从而导致电子传递的损耗增加。Kim等[10]认为较大的S/Fe摩尔比可以有效地增大S-nZVI的比表面积提供更多的活性位点。相反，过量的FeS会造成活性位点的堵塞。Shao等[15]研究表明，不同的S/Fe摩尔比可以促进nZVI在水中释放不同浓度的Fe(Ⅱ)，进而不同程度去还原水体中的Cr(Ⅵ)。

对于nZVI而言，更大的比表面积说明其表面具有更多的活性位点，也意味着更高的化学吸附和还原去除。文献研究表明，S-nZVI的比表面积与制备方法、S/Fe摩尔比密切相关(如图3)。一般而言，S-nZVI的比表面积要比单一nZVI的大。这是因为硫改性过程会增加n ZVI的表面粗糙度，进而增大材料的比表面积。如图4[15]所示，S-n ZVI材料表面的粗糙程度与比表面积的大小呈现高度的一致性，并且随着S-n ZVI材料制备过程中S/Fe摩尔比的增加呈现出先增大后减小的趋势。图4 S-ZVI比表面积与粗糙度变化趋势
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本文编号：2851458