零价铁还原技术探究进展

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1、零价铁还原技术探究进展　　摘要：近年来，环境污染控制与修复的新技术—零价铁（ZVI）还原技术，由于对氯代芳香烃和硝基芳烃类等污染物具有还原效果，正在受到各方的广泛关注。关键词:零价铁；硝基苯；影响因素Abstract：Nitrobenzene，asimportantbuildingblocksforsynthesisofindustrialchemicals，isatypeofpoisonoussolutionoforganicwastewaterdifficulttodegrade.AmericanEnvironmentalpr

2、otectionBureauhaslistednitrobenzenetheprioritypollutant，andgreatinterestistakenintheremediationtechnique.Keywords：zero-valentiron;nitrobenzene;influencingfactors中图分类号：F416.31文献标识码：A文章编号：1引言6零价铁技术近年来得到了较大的关注，但是这个技术本身有很多局限性，例如，（1）对硝基芳香化合物的还原，零价铁只能将硝基芳香化合物上的硝基还原为氨基，苯胺类化合

3、物对环境仍然有很大的毒害；（2）零价铁对有机氯化物的脱氯效果很差，脱氯不完全，还会生成其它含氯副产物；（3）长期运行性能下降，零价铁长期运行会在表面形成氢氧化物腐蚀层，铁表面钝化，使得铁的活性降低。为此科学家在零价铁还原技术的基础上，对这个技术进行的改进和创新，发展了以下技术。2ZVI还原转化机理液相中ZVI的化学还原是一个多步骤的化学腐蚀过程。在Fe0-H2O体系中，零价铁作为电子供体，有机污染物作为电子受体，从而金属被腐蚀，为COCs或NACs等各种有机物提供电子。Fe0→Fe2++2eR-Cl+H++2e→R-H+Cl-(脱

4、氯)ArNO2+6H++6e→ArNH2+2H2O(加氢转化)同时水中溶解氧也可能参与电子竞争，发生以下反应:2H2O+2e→2OH-+H2O2(g)+2H2O+4e→4OH-在上述反应中，三种主要还原剂是零价铁[Fe0]、亚铁离子[Fe2+]和氢[H2]，因此有三种可能的反应机理：(1)ZVI表面直接的电子转移，这是主要的还原反应机理[45，46]。6(2)由ZVI腐蚀产生的Fe2+还原。然而，这种方法产生的Fe2+还原相当慢而且所起的作用不大。Deng通过加入与Fe2+形成络合物的试剂，证明游离Fe2+参与还原反应数量有限[4

5、7]。(3)由ZVI腐蚀过程中产生的H2还原。但在缺乏还原转化的有效催化剂时，H2不能作为表面还原剂，因此只有当水中有像ZVI之类的金属固体时，H2才能快速还原。当体系中存在ZVI或者其它固相时，它们的表面就相当于一个催化表面，因此，ZVI在Fe-H2O体系中既可以作为还原剂，也可以作为催化剂[48]。3零价铁还原技术国内外现状3.1纳米零价铁的合成铁还原修复技术最初采用铁屑，现在大多采用微米级铁胶体，最新的研究报道了纳米级铁胶体的制备。采用胶体铁可以大大提高铁在土壤中的扩散速度和污染物降解速率，减少铁的用量，并且可以通过直接注射

6、来实施原位修复。直接注射纳米级含活性还原剂铁的液体可以用于饱和的或不饱和的污染层的土壤修复，在没有地下水流经的情况下仍可实施。陈芳艳等人[1]采用纳米零价铁对水中Cr(VI)进行了还原研究，结果表面还原过程为假一级动力学，表观速率常数kobs与纳米铁的表面积浓度成正比，kobs随pH的降低和反应温度的升高而增大。在相同试验条件下，纳米铁对Cr(VI)的还原速率比普通铁提高了6倍，表观活化能降低了51%。李铁龙等人[2]采用主要成分为α-Fe的6纳米铁粒子还原去除水中硝酸盐氮，结果表明：纳米铁具有极高的活性，在无氧环境中，室温、中性

7、条件下，纳米铁反应30分钟即可获得90%以上的脱硝率，纳米铁与硝酸盐反应具有氧化还原于吸附作用同时存在，且主要产物为氨氮。3.2二元金属体系的应用水中含氯有机物在双金属表面上催化脱氯的基本历程如下：（1）首先，Fe和水反应生成H2，pH值升高。溶液呈酸性时：Fe+2H+→Fe2++H2溶液呈中性或碱性时：Fe+2H2O→Fe2++H2+2OH-（2）产生的H:和多氯有机物在金属表面上吸附，并形成过渡络合物。M+RCl→M···Cl···R（3）H2攻击M…Cl…R，发生加氢反应、氯元素脱落、形成Cl-，该步过程可能由几个基元反应组

8、成。Cl-和脱氯产生的有机物脱附离开催化剂表面进入溶液。Fe2+被水中的溶解氧氧化，生成Fe(OH)3沉淀，溶液的pH值降低。4Fe+8OH-+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓6Ni、Pd、Pt等金属都是良好的加氢催化剂，他们在氢的转移过程中起了