納米零價鐵的合成與修飾研究進展

背景介紹納米零價鐵（NanoscaleZero-ValentIron，nZVI）是粒徑在1～100nm左右的零價鐵粒子，具有良好的吸附性和還原性，在水體污染治理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。nZVI的磁性和高表面能導(dǎo)致其易于團聚和鈍化，降低比表面積和反應(yīng)位點數(shù)量。為了克服這些問題，近年來研究者們通過開發(fā)了多種合成和修飾方法，用來提高nZVI的性能和反應(yīng)活性。因此，總結(jié)nZVI的合成方法與修飾方法對于推動nZVI在水體污染治理領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

文章亮點1.本文總結(jié)了近年來報道的nZVI的合成方法和多種修飾方法，包括物理合成法、化學(xué)合成法、生物合成法，以及表面修飾、負(fù)載、金屬修飾、硫化修飾、乳化修飾和微生物聯(lián)用等修飾方法；2.通過對各種方法的特點和優(yōu)勢進行總結(jié)，展望了nZVI的合成與修飾方法的發(fā)展方向，為今后nZVI的高效制備和水污染治理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了重要參考。內(nèi)容介紹1

nZVI的合成根據(jù)合成原理的不同，nZVI的合成方法可以分為物理合成法、化學(xué)合成法和生物合成法，如圖1所示。圖1

nZVI的合成方法Fig.1

Syntheticmethodsof

nZVI1.1

物理合成法物理合成法[8]主要通過摩擦、沖擊和研磨等機械加工工藝或?qū)㈣F粉氣化后急速冷卻凝華等物理方法降低零價鐵粉的粒徑制備nZVI，包括精密球磨法、電導(dǎo)爆炸法、氣相沉積法和深度塑性變形法。1.2

化學(xué)合成法化學(xué)合成法的合成路線簡單，反應(yīng)速度快，制備的nZVI具有純度高、活性高、尺寸小且均勻的特點，是目前最廣泛被采用的nZVI合成方法。常見的化學(xué)合成法制備nZVI，如表1所示。1.3

生物合成法生物合成法主要利用植物提取物或微生物還原鐵離子合成nZVI，可分為植物合成法和微生物合成法。植物合成法是指利用從植物中提取的具有還原性的成分，如多酚、糖、生物堿、酚酸和輔酶等，還原Fe2+或Fe3+合成nZVI的方法。微生物合成法是指利用培育微生物產(chǎn)生的生物質(zhì)或酶促反應(yīng)還原鐵離子合成nZVI的方法，得到的nZVI多表現(xiàn)為單分散的納米粒子。2

nZVI的修飾2.1

表面修飾表面修飾是利用表面修飾劑降低粒子間的作用力來減少nZVI聚集的一種修飾方法。表面修飾劑的引入能夠提高nZVI在水中的分散性和在多孔材料中的遷移性。2.2

負(fù)載將nZVI均勻地負(fù)載于載體內(nèi)部或表面可以提高其分散性和穩(wěn)定性，并避免其聚集和鈍化，是一種常用的nZVI修飾方法。常見的nZVI表面修飾和負(fù)載方法列于表2。2.3

金屬修飾金屬修飾通過摻雜將金屬元素修飾在nZVI表面形成Fe-金屬納米粒子。鈀、鎳、鋅、金、銀、鉑、銅等多種金屬元素均可以用于修飾nZVI。修飾后的金屬覆蓋在nZVI表面，不僅能夠防止nZVI的鈍化，還可以作為催化劑降低還原反應(yīng)的活化能。2.4

硫化修飾硫化修飾利用硫化劑在nZVI表面發(fā)生硫化反應(yīng)，形成FeS包覆的S-nZVI。常用的硫化劑有硫化鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉等。表面覆蓋FeS不僅可以防止nZVI鈍化，還能夠促進電子在污染物與nZVI之間的轉(zhuǎn)移，提高污染物的清除率。2.5

乳化修飾乳化修飾是利用吐溫80、吐溫60、表面活性劑和植物油混合的乳化油等乳化劑包覆nZVI的一種修飾方法。乳化劑在nZVI表面形成的疏水膜可以隔絕氧氣，避免nZVI表面形成鈍化層。3

結(jié)論綜上所述，無論是物理、化學(xué)還是生物合成方法都可以有效的合成nZVI。物理合成方法操作簡便、環(huán)境友好，但受限于合成設(shè)備的專業(yè)性和較為嚴(yán)格的合成條件。相比之下，化學(xué)和生物合成法操作更為簡便、靈活，反應(yīng)條件可控，合成的nZVI尺寸更均勻，為nZVI的合成提供了更多的選擇。無論哪種方法合成的nZVI都可能因團聚或鈍化而影響其表面結(jié)構(gòu)，需要進一步的修飾以維持其化學(xué)活性。隨著水體修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，建立高效、環(huán)保、簡便的nZVI合成與修飾方法，將是未來研究的基礎(chǔ)和重點。對于nZVI的合成研究，應(yīng)致力于實現(xiàn)粒徑與形貌的精細(xì)調(diào)控。通過深入探究合成方法和合成條件對nZVI結(jié)構(gòu)與性能的影響，進一步優(yōu)化制備過程，提高nZVI的活性。對于修飾方法的研究，應(yīng)注重多種修飾方法的聯(lián)用，提高nZVI對重金屬、農(nóng)藥、抗生素和染料等污染物的吸附選擇