纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展.pdf

第21卷第3期
化学研究
中国科技核心期刊
2010年5月
CHEMICAL RESEARCH
hxyj②henu.edu.cn
纳米寥价铁去除水中重金属离子的研究进展
张鑫
(陕西中医学院药学院,陕西成阳712046)
摘要:重金属离子危害严重.本文综述了近几年纳米零价铁去除水中重金属离子的研究,总结了纳米零价铁
去除水中重金属离子的机理,主要包括:纳米零价铁的表面吸附-配合、还原、吸附-还原,并对纳米零价铁在这
领域的应用进行了展望
关键词:纳米零价铁;重金属离子;废水处理;综述
中图分类号:X703
文猷标识码:A
文章编号:1008-1011(2010)03-0097~-04
Research Progress on Removal of Heavy Metal Ions From
Aqueous Solution by Nanoscale Zero-valent Iron
ZHANG Xin
(College of Medicine, Shaan.i University o Chinese Medicine, Xianyang 712046, Shann. i, China
Abstract: Heavy metal ions have caused serious pollution effects on environment. The study de-
velopment on removal of heavy metal ions from aqueous solution by nanoscale zero-valent iron
was reviewed. The three reaction mechanisms of nanoscale zero-valent iron during removing
different heavy metal ion primarily were: adsorption/surface complexing, reduction, dual ad-
sorption and reduction. Besides the application perspective of nanocale zero-valent iron in this
field was expected
Keywords: nanoscale zero-valent iron; heavy metal ions; wastewater treatment; review
现代社会随着工业和经济的发展,排入水中的重金属离子已成为水环境中的…大类污染物质,其中重金
属Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和T及其化合物被列为环境优先控制污染物,这些污染物对人类健康、动植物
及水生生物的存在产生严重危害21,因此一直以来有关重金属离子废水的处理倍受国内外环境工程领域
工作者的关注.目前处理重金属废水的传统方法有吸附法、化学沉淀法、离子交换法、生物吸附法、渗透法、
电解法、膜分离法等り,而采用纳米零价铁去除水中重金属离子,由于去除效率高、所需时间短而受到越来越
多的重视「5-?.纳米零价铁(nZVI)是指粒径在1~100nm之间、比表面积为10~70m2/g的Fe粒子?.由
于比表面积较大、反应活性较强,在去除水中一些重金属离子的过程中,纳米零价铁显示了优越的修复能
力,因此本文作者根据目前国内外纳米零价铁去除水中一些污染物的文献研究,综述了纳米零价铁去除
水中重金属离子的机理和这一领域的研究现状
1纳米零价铁对重金属离子的作用
1.1还原作用
Fe的价电子层结构为3d°4:3,在298.15K、101325Pa下Fe/Fe的标准电极电位くgP.+F.=-0.440
收稿日期:2009-12-31
作者简介:张鑫(1978一),女,助教,硕士,主要从事绿色化学研究.E-mail:xinzhang715sina.com
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化学研究
V)较负的,因此Fe反应活性较强,作为电子授体在其表面通过电子传递将电子给予一些标准电极电位比
0.440V正的金属离子,这些金属离子得到电子被还原,从而使其浓度降低或从溶液中除去,与此同时零价
铁被氧化[的
Fe-fe't+2e
0,440V
(1)
1.2吸附作用
纳米零价铁粒子比普通铁粉的粒径小、比表面积大,如粒径小于10gm的普通铁粉的比表面积仅为0.9
m2/g'?,因此纳米零价铁粒子的表面能量高、吸附能力强,能通过吸附作用去除水中的一些重金属离子.
1.3共沉淀作用
当纳米零价铁用于去除水中污染物时,在Fe-H2()体系中,Fe除了能还原标准电极电位较正的金属离
子外,还可能会发生以下反应?:
2)H
在纳米零价铁不断反应的过程中,溶液中某些金属离子与OH在纳米零价铁粒子表面进行配合,生成徴溶
物从而降低溶液中该金属离子的浓度;Fe2不稳定,继续氧化为Fe与溶液中的OH结合形成 FEOOHL8.
采用纳米零价铁去除水中重金属的过程中,对于不同的金属离子,有时不仅仅是一种机理,还可能是两
种机理共同作用,比如既有吸附也存在还原,或者吸附中伴有沉淀的二元机理,共同作用去除溶液中的重金
属离子
2纳米零价鉄去除水中重金属离子的研究现状
目前国内外一些学者采用纳米零价铁修复水环境主要包括:有机卤化物的脱卤还原、染料废水的还原脱
色以及水中重金属离子的去除,目前对于去除水中重金属离子的研究,效果较好的重金属离子有:Ba2+
Zn2+、Cd2+、Co21、Cu2+、AgT、Hg2+、NiP+、Pb2+、Cr(Ⅵ)(Crュ(、CrO2)、TcO1,根据纳米零价铁修复水环
境的机理,这些重金属离子的去除可分为三类
2.1表面吸附一配合
Li Xiao-qin和 Zhang Wei xian用5g/L的纳米零价铁分别吸收初始100mg/L的Zn2t、Cd2t,反应进
行3h后两种离子的去除率分别达到97%和80%以上,对反应后的纳米铁粉用高分辨率X射线光电子能谱
仪(XPS)分析,表明反应后纳米铁表面的锌、镉均以十2价氧化态存在,该反应的实质是纳米铁将溶液中的
n2+、Cd2+吸附到其表面的吸附过程12.Uzim等研究了不同条件下纳米零价铁去除水中Co2+,机理实验
表明Co2”的去除是通过纳米零价铁吸附溶液中的Co2+,然后与Fe腐蚀过程产生的OH配合形成
Co(OH)2微溶物沉积在纳米铁表面,从而降低溶液中Co浓度的吸附-配合过程,并且Co的去除程度随
溶液pH的增大而增大l,1リ
表1一些能被納米零价铁去除的重金属离子
Iable 1 Some heavy metal ions that can be removed by nanoscale zero-valent iron
Heavy metal ions
Reaction
(V)
Ba++2u -r Ba
Cd?
Cdt+ 26
Cu-
0.340
Cu2t+2e~→Cu
0.340
Hg2“+2
g
Cr(V)
Cr2(+14H'+6e~→2Crt+7H2()
1.230
is the standard electrode potentials of ions at 298. 15 K
表1列出了部分金属离子的标准电极电位,由于Zm2+、Cd、Co2+