有序介孔碳负载纳米零价铁的合成及其对环状硝基污染物的转化(6)
NB作为硝基芳香族化合物中的一个重要代表，是重要的化工原料和合成中间体，应用广泛，其具有致畸、致癌、致突变性，威胁人类健康，对环境危害大，因此被美国EPA和我国列为环境优先控制有毒有机污染物，有关其的降解去除引起广泛重视。NZVI对NB有优良的还原性能，去除效果好，反应速率快，反应生成的苯胺（AN）生物毒性降低，是一种有效的处理NB的污染治理方法[32]。Mu等[33]研究了NZVI对NB的去除性能，实验表明NZVI对NB具备优良的还原能力，去除效果受pH和NB浓度的影响，酸性环境是还原反应的有利条件，主要产物AN的生成符合零级反应方程，同时对NB在零价铁作用下的还原机理进行了探讨。Hung等[34]探究了超声波辅助条件下零价铁对NB的去除效果，研究表明超声波辅助条件下还原速率明显提高，去除效果大大增强，源于超声条件引发的声空化现象和物质转移速度加快的情况使得零价铁表面能够持续被清理且起到化学催化的作用，反应后附着于表面的产物迅速离去，有利于NB与零价铁的接触反应。
1.3.1.2 纳米零价铁在应用中存在的问题及改性
NZVI虽然对于污染物有很好的还原效果，在环境治理方面具有广阔的应用前景，但由于其自身特点导致其在实际处理中存在着应用瓶颈，主要表现在以下三个方面：（1）易团聚。NZVI粒径小，比表面积大，迁移速度快相互间极易碰撞，超微颗粒间由于表面效应相互间的结合力大于自身重量，并且颗粒间存在磁效应，导致NZVI极易碰撞结合团聚为较大粒子，导致其反应活性和迁移速率急剧下降。（2）易氧化。NZVI活性高，化学稳定性差，与周围介质（如水和氧等）极易发生反应，暴露在空气中会发生自燃现象，缓慢接触空气中的氧气则表面形成氧化层失去活性。（3）易流失。NZVI颗粒小导致应用过程中易流失，此外，纳米级微粒进入环境，存在潜在的生态风险。
以上问题限制了零价铁在实际中的应用，它易团聚及易被氧化的缺点，使得NZVI团聚后粒径增大，比表面积降低，氧化后的零价铁表面覆盖氧化层，表面活性点位减少，反应活性降低，无法发挥NZVI的反应优势。因而，针对NZVI易团聚和易被氧化的缺点，如何优化其反应活性和稳定性成为研究的热点，关于NZVI的改性研究成为研究者们探索的方向。目前采用的NZVI的改性方法有：
（1）添加高分子稳定剂。在NZVI制备过程中，通过添加高分子稳定剂（如淀粉、油酸和羧甲基纤文素等）抑制NZVI间相互聚集团聚成较大颗粒，影响反应活性。羧甲基纤文素CMC是一种直链水溶性阴离子纤文素醚，分子量大，在水中吸水溶胀可形成粘稠胶液，可使常用水溶液的黏度发生变化。稳定剂的加入能够增大位阻效应和颗粒间的静电斥力，NZVI颗粒不易团聚，分散均匀，并且有效阻止了NZVI表面的高反应活性位点与周围介质的反应，失去还原能力。He[35]等通过添加低浓度的羧甲基纤文素，有效地抑制了纳米颗粒间的团聚现象，迁移性好，反应活性高，并且在渗透反应墙原位修复过程中具备更好的稳定性和有效性。
（2）制备NZVI双金属体系。通过在NZVI表面镀加另一种还原电位高的金属如Cu、Pd、Ni等，制备二元金属体系，可以增加NZVI表面的活性吸附位点，对氢解反应起到催化作用，提高NZVI反应活性，可降低NZVI在反应过程中由于氧化现象而造成的损失。
（3）制备负载型NZVI。通过将NZVI负载于载体上，达到分散NZVI的作用，抑制其团聚现象，增加其与污染物的接触总面积，并且载体的吸附性能能够对污染物质起到预浓缩的作用，强化电子传递，促进还原反应的进行，并能防止NZVI颗粒进入环境造成潜在的环境危害。