謝青青，姚楠

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納米零價鐵的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

謝青青，姚楠

（浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，工業(yè)催化研究所，綠色化學(xué)合成技術(shù)國家重點實驗室培育基地，浙江杭州310032）

納米零價鐵催化材料具有價格低廉、比表面積大、還原性強(qiáng)、吸附性和反應(yīng)活性優(yōu)異等優(yōu)點，可通過不同機(jī)制降解各類環(huán)境污染物（如重金屬、無機(jī)陰離子、放射性元素、鹵代有機(jī)化合物、硝基芳香化合物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物等），被視為一種有著廣闊應(yīng)用前景的新材料，是目前國內(nèi)外研究的熱點。本文詳細(xì)介紹了納米零價鐵的典型制備方法（如物理法、化學(xué)液相還原法、熱分解法、碳熱法、多元醇法等）和新型綠色合成技術(shù)，同時總結(jié)了納米零價鐵在環(huán)境污染物處理和催化方面的最新應(yīng)用進(jìn)展，闡述了納米零價鐵在各類反應(yīng)中的作用機(jī)理和效能，并提出了納米零價鐵催化材料在實際應(yīng)用中尚需解決的團(tuán)聚和氧化等問題，未來的研究目標(biāo)應(yīng)著重于改進(jìn)或開發(fā)新制備方法以降低成本和拓寬納米零價鐵催化材料的應(yīng)用范圍。

納米零價鐵；制備；還原；催化

納米零價鐵（nZVI）是粒徑在1～100nm的零價鐵顆粒，具有比表面積大、表面能高及良好的吸附和反應(yīng)活性。目前，nZVI不僅作為高效的環(huán)境納米材料，而且在催化領(lǐng)域也體現(xiàn)出非常重大的應(yīng)用價值。但由于nZVI顆粒表面能量高且具有磁性，單獨使用時易發(fā)生團(tuán)聚而形成鏈狀或更大（微米級）的聚集體[1-2]。另外，由于其強(qiáng)還原能力，nZVI顆粒的表面總是被鐵氧化物或羥基氧化物所構(gòu)成的薄膜覆蓋[3]，從而導(dǎo)致其反應(yīng)活性下降。同時，nZVI的超細(xì)尺寸所引起的分離困難也影響了其實際應(yīng)用。為了解決以上問題，人們提出了諸如表面改性[4-7]、多金屬[5,8]、負(fù)載[9-11]、乳化[12]、磁化修 飾[13]和集成等方法[14]以提高nZVI材料的性能，并拓寬其應(yīng)用范圍。本文主要綜述了近年來納米零價鐵的制備方法及其在環(huán)境處理和催化領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展。

1 納米零價鐵的制備

nZVI 材料的制備總體上可分為物理法和化學(xué)法。

1.1 物理法

物理制備方法具有操作簡單和產(chǎn)品易于分離的優(yōu)點，典型的制備nZVI材料的物理方法有氣相冷凝法和球磨法。

（1）物理氣相冷凝法（GPC） 在惰性氣體氣氛下，通過液氮冷凝鐵原子蒸氣以得到nZVI材料。GPC法能夠很好地控制粒子粒徑和分布，但是實驗條件苛刻（高溫、高壓和采用大量冷卻劑）且能耗高。另外，GPC法的產(chǎn)率也非常低，從而限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[15]。

（2）球磨法 作為一種常見的機(jī)械方法，球磨法是用重研磨介質(zhì)（通常是金屬球或珠）來研磨材料以形成超細(xì)粒子，從而降低材料的尺寸。該方法無毒，無二次污染，并適用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。LI等[16]使用micro iron作為原料，通過精密球磨能夠有效地形成尺寸分布均勻和比表面積大的納米零價鐵顆粒。但是球磨法能耗也較高，且需要專門的設(shè)備來獲得納米顆粒。

1.2 化學(xué)法

1.2.1 液相還原法

硼氫化物還原法是制備nZVI材料最廣泛采用的方法。通過強(qiáng)還原劑BH4–將溶液中的Fe3+或Fe2+在環(huán)境溫度和壓力下還原成納米級零價鐵粒子。該方法制備的nZVI材料活性高，但是使用的試劑昂貴且毒性強(qiáng)，合成過程中產(chǎn)生大量氫氣和副產(chǎn)物B(OH)3，通常還需要N2保護(hù)或真空操作。這些缺點提高了操作成本，并阻礙了其規(guī)模化生產(chǎn)[2]。

為了進(jìn)一步提高nZVI材料的質(zhì)量，已有研究者嘗試將硼氫化物還原法與其他方法結(jié)合起來。如在離子液體[17]中用硼氫化物還原制備nZVI材料，可以有效控制納米粒子的形成及其穩(wěn)定性，且合成粒子更小，尺寸分布更均勻。還有研究者采用超聲輔助的方法[18]，其實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲作用可影響納米鐵物種的生長和聚結(jié)。隨著超聲功率增加，nZVI材料的形態(tài)從球形變?yōu)槠瑺睿缓笞優(yōu)獒槧?。以這種方式合成的nZVI材料比由常規(guī)硼氫化物還原法合成的nZVI材料具有更小的粒徑，更高的比表面積和結(jié)晶度。LUO等[19]以NaBH4為還原劑，采用鐵和鈣作為交聯(lián)陽離子合成抗氧化的海藻酸鹽微膠囊固定化納米零價鐵（M-nZVI），其中nZVI顆粒的尺寸僅為幾納米。KRAJANGPAN等[7]用NaBH4還原制備兩親性聚硅氧烷接枝共聚物（APGCs）包覆型納米零價鐵（CNZVI），其中零價鐵的平均粒徑約35nm。APGCs通過羧酸基團(tuán)錨定在nZVI表面，同時利用接枝的聚乙二醇（PEG）來提高顆粒在水中的分散性。實驗結(jié)果表明：CNZVI材料對三氯乙烯的降解率高于nZVI材料，且CNZVI材料的膠粒穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)性可長期保持不變。

1.2.2 熱分解法

熱分解法制備nZVI材料廣泛采用羰基鐵作為有機(jī)金屬前體。其中Fe(CO)5和更高價態(tài)鐵配合物Fe2(CO)9、Fe3(CO)12都是簡單易得的有機(jī)金屬化合物，且其中氧化態(tài)鐵容易分解還原。雖然熱分解法具有操作簡單、所合成的納米粒子尺寸小、均勻性好的特點，但是Fe(CO)5劇毒且不穩(wěn)定，分解殘余的碳基和氧基雜質(zhì)通常會與粒子核心或表面結(jié)合，從而影響材料的性能或結(jié)構(gòu)[20-21]。近年來，有研究者將Fe2(CO)9熱分解與離子液體相結(jié)合來制備nZVI材料[22]。

1.2.3 碳熱法

碳熱法是利用無機(jī)炭作為還原劑，在高溫下通過氧化還原反應(yīng)來制備納米零價鐵。其優(yōu)勢在于制備過程中的副產(chǎn)物為氣體，且原料成本低，易于規(guī)?；瓦B續(xù)化生產(chǎn)[2]。很多研究者將含有鐵離子的前體溶液直接吸附或浸漬到炭黑、活性炭、有序介孔炭等載體上，然后在惰性氣氛中于不同溫度焙燒合成nZVI材料[11，23]。例如，ZHAN等[24]以蔗糖為碳源結(jié)合氣溶膠工藝和碳熱還原合成球形Fe-C納米復(fù)合材料。在高溫條件下，首先形成Fe3O4-C復(fù)合材料，然后在Fe3O4-C內(nèi)部“自氧化還原”形成Fe-C復(fù)合材料。碳熱處理可形成反應(yīng)所需的含鐵物種的多孔材料，且形成的中孔結(jié)構(gòu)有利于內(nèi)表面活性位點的利用。因此，該催化材料在氯代烴類化合物還原脫氯反應(yīng)中表現(xiàn)出很高的活性。SU等[25]將農(nóng)業(yè)廢棄物椰子殼纖維（45～100目）沉浸在硫酸亞鐵溶液中，通過干燥后將前體在惰性N2氣氛下碳熱處理以制備負(fù)載型納米零價鐵（nZVI/AC）。實驗發(fā)現(xiàn)：升高焙燒溫度或延長焙燒時間均有利于提高產(chǎn)物中元素鐵的含量?；钚蕴浚ˋC）經(jīng)硫酸亞鐵活化后，活性炭表面積顯著增加，改善了鐵的分布，使nZVI/AC材料對三氯乙烯的消除速率相比于活化前的活性炭材料提高了7倍。

碳熱還原的產(chǎn)物中除了零價鐵，還可能有磁性Fe3O4或碳化鐵（Fe3C）。這種磁性材料顯著提升nZVI材料的性能，使其應(yīng)用更為廣泛。WANG等[26]將合成的新型磁性碳包覆型納米鐵雜化材料（Fe0/Fe3C@CS）用于活化過硫酸氫鉀降解水溶液中的苯酚，結(jié)果表明：Fe3C保證了材料的穩(wěn)定性和磁分離性能以利于循環(huán)利用。還有研究者發(fā)現(xiàn)，碳載體與零價鐵在制備過程中同時生成更有利于提高材料的性能。LIU等[27]用松木屑和FeCl3作為原料制備多孔炭（PC）負(fù)載納米零價鐵（nZVI）。該方法的特點是PC和nZVI都是在制備過程中形成，所得復(fù)合材料的表面積和孔體積分別為423m2/g和0.23m3/g，nZVI粒徑約為27nm。PC/nZVI在室溫下通過吸附和脫氯協(xié)同作用有效地去除水溶液中的多氯聯(lián)苯，并將脫氯產(chǎn)物吸附在復(fù)合物表面。

1.2.4 多元醇法

多元醇可用于納米金屬的合成。同時，多元醇介質(zhì)可以防止所制備的nZVI與O2接觸，使得nZVI材料在空氣中非常穩(wěn)定[28-29]。但是多元醇法制備過程中需使用腐蝕性化學(xué)試劑（如NaOH和H2PtCl6），不利于其廣泛應(yīng)用。JOSEYPHUS等[30]首先報道在多元醇液體（如丙二醇和乙二醇）中合成鐵納米粒子，為控制nZVI的粒徑，可采用H2PtCl6作異相成核，并通過增加H2PtCl6的濃度來減小納米鐵顆粒的尺寸。

1.3 綠色合成法

近年來，隨著環(huán)保和節(jié)能意識的增強(qiáng)，一些研究人員將重點轉(zhuǎn)向綠色可持續(xù)的合成方法。HUANG等[31]使用綠茶、烏龍茶和紅茶提取物合成nZVI材料，所得材料對孔雀石綠有很高的降解率。MACHADO等[32]用橡木、石榴和綠茶的葉子作為原料，還原制備得到10~20nm的nZVI材料。HOAG等[33]用茶多酚為還原劑一步綠色合成nZVI材料，并不使用任何表面活性劑或聚合物作為包覆劑或還原劑。多酚和硝酸鐵在室溫下迅速反應(yīng)，混合物從淺黃色變?yōu)樯罹G色/黑色的鐵納米顆粒。SARANYA等[34]以綠茶葉提取物為還原劑和穩(wěn)定劑在室溫下綠色合成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的nZVI材料（25～35nm），將其與乙酸纖維素（CA）混合制備CA/ZVI混合基質(zhì)膜（MMMs），并用于紡織工業(yè)廢水的處理。實驗結(jié)果證明：通過吸附納米粒子來修飾高聚物膜的納米結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了膜分離性能。為了提高粒子的分散性并減少nZVI顆粒團(tuán)聚，可在nZVI顆粒的表面涂覆穩(wěn)定劑（如水溶性聚合物或表面活性劑）。例如，GAO等[35]用葡萄籽提取物作為nZVI的綠色合成穩(wěn)定劑來防止納米粒子團(tuán)聚和氧化。

1.4 其他方法

通過水熱合成法[26]也可以制備nZVI材料。SUN等[36]以葡萄糖和鐵（Ⅲ）硝酸鹽為前體，首先水熱處理得到葡萄糖包裹的鐵氧化物核殼結(jié)構(gòu)前體，然后在N2氣氛中碳熱2h，得到碳球包覆納米零價鐵（nZVI@CS），顆粒（6～8μm）結(jié)構(gòu)包括碳微粒（50～200nm）和其包覆的nZVI（5～10nm）。nZVI材料也可以通過化學(xué)氣相冷凝法（CVC）[37]制備。這種方法結(jié)合了化學(xué)熱分解法和物理氣相冷凝法的優(yōu)點，所制備的nZVI材料具有良好的物理和化學(xué)均勻性。反向膠束法[21,38]，又稱微乳液合成法，也可用于制備nZVI材料。通常將Fe2+注入到由溴化十六烷基三甲銨（CTAB）表面活性劑、輔助表面活性劑丁醇和油相辛烷組成的逆膠束溶液的水池中，然后注入還原劑將Fe2+還原為零價鐵。通過控制表面活性劑和水的量，精確控制nZVI的尺寸和形態(tài)。

2　納米零價鐵的實際應(yīng)用

nZVI材料由于其強(qiáng)還原能力、高反應(yīng)活性和優(yōu)良的吸附性能，可通過吸附、還原、沉淀和氧化（在溶解氧存在下）降解各類環(huán)境污染物，包括無機(jī)污染物（重金屬、無機(jī)陰離子、類金屬、放射性元素等）和有機(jī)污染物（鹵代有機(jī)化合物、硝基芳香化合物、有機(jī)染料、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物等），從而成為目前最具潛力的環(huán)境修復(fù)手段。與此同時，由于鐵儲量豐富、價格低廉且易于處理，使nZVI材料取代貴金屬用于催化反應(yīng)也引起越來越多的 關(guān)注[39]。

2.1 還原降解環(huán)境污染物

2.1.1 還原降解無機(jī)污染物

LUO等[19]將合成的海藻酸鹽微膠囊固定化納米零價鐵（M-nZVI）用于去除水體中的Pb(Ⅱ)。研究表明：M-nZVI材料相比nZVI和Ca-海藻酸鹽材料對鉛的去除能力更高。將0.5g/L的M-nZVI材料引入到300.0mg/L的Pb(Ⅱ)水溶液中，反應(yīng)15min后去除率達(dá)88%。反應(yīng)過程中零價鐵核作為電子源直接還原Pb(Ⅱ)，同時藻酸鹽微膠囊-殼通過表面羥基絡(luò)合吸附溶液中的鉛離子，從而提高了去除 效率。

ZHANG等[40]將nZVI材料用于Co2 +去除反應(yīng)。他們研究了在無氧條件下nZVI材料結(jié)構(gòu)變化對反應(yīng)性能的影響，實驗結(jié)果表明：在實際反應(yīng)過程中不存在完整的核殼結(jié)構(gòu)。nZVI材料的結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中不斷變化，使其表面和本體的特性發(fā)生改變，不同的演變結(jié)構(gòu)影響了反應(yīng)的性能和機(jī)制。例如，片狀結(jié)構(gòu)的形成和溶解能影響納米顆粒表面Fe(0)物種的比例和Co2+的還原；空腔結(jié)構(gòu)為Co2+提供了從表面向nZVI顆粒內(nèi)部遷移的可能性，從而使去除反應(yīng)可連續(xù)進(jìn)行。系統(tǒng)的pH是結(jié)構(gòu)演變的決定性因素，且弱酸性條件下可加速結(jié)構(gòu)演變，從而提高Co2 +的去除效率。

WANG等[41]將制備的磁性納米復(fù)合材料nZVI/PAO[poly(amidoxime)對nZVI表面修飾]用于從溶液中有效分離吸附U(Ⅵ)，將水溶性的U(Ⅵ)還原為不溶性的U(Ⅵ)。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過一個簡單的磁分離過程即可實現(xiàn)充分分離，從而降低環(huán)境中的U(Ⅵ)物種。

ZHANG等[42]將柱撐黏土負(fù)載的納米零價鐵nZVI/PILC（30～70nm）用于去除水體中的NO3–。結(jié)果表明：柱撐黏土的吸附作用促進(jìn)了硝酸鹽從溶液中遷移到nZVI表面，從而加快NO3–的還原速率。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NO3–最終基本上全部轉(zhuǎn)換為其他氮物種（N2和NH3）。

2.1.2 還原降解有機(jī)污染物

HUO等[43]研究了nZVI材料在連續(xù)反應(yīng)循環(huán)中對四氯化碳（CT）脫氯的活性，發(fā)現(xiàn)在整個過程中溶液的pH僅從7.0增加到7.8。研究粒子表面組成和結(jié)構(gòu)顯示，鐵氫氧化合物的形成對自緩沖溶液的pH和保持nZVI反應(yīng)活性起到重要作用。該研究提供了有關(guān)nZVI材料在脫氯處理方面的新知識，并為延長nZVI材料在廢水處理和環(huán)境整治中的使用壽命提供了啟示。

CHEN等[44]將活性炭負(fù)載納米零價鐵用于六氯苯（HCB）脫氯反應(yīng)，并比較了浸漬和吸附兩種負(fù)載方法所制備的nZVI材料對脫氯效果的影響。實驗結(jié)果表明：鐵負(fù)載的方法顯著影響nZVI的含量和HCB脫氯效果，吸附法所合成的nZVI /AC材料具有比浸漬法所制備的催化劑更高的去除效率和脫氯性能。

TANG等[45]以蔗糖為碳源、介孔SBA-15作為硬模板，通過共浸漬和碳熱還原方法制備了Fe0摻雜的磁性有序介孔炭材料Fe/OMC，并用于高效吸附和降解雙酚A（BPA）。研究發(fā)現(xiàn)：BPA分子及其降解產(chǎn)物因氫鍵和π-π相互作用吸附在Fe/ OMC上，并在表面上可能發(fā)生類似Fenton反應(yīng)。首先，有序介孔炭上的零價鐵在水中氧化成二價鐵同時產(chǎn)生過氧化氫；然后，過氧化氫與二價鐵反應(yīng)形成羥基自由基（氧化BPA）。通過平衡數(shù)據(jù)擬合認(rèn)為反應(yīng)符合擬二級動力學(xué)模型和Freundlich模型。該材料可以用乙醇進(jìn)行再生，且僅通過磁鐵就能有效分離出來。

2.2 納米零價鐵用于催化反應(yīng)

2.2.1 催化加氫

HUDSON等[46]以鐵-鐵氧化物核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒（Fe-CSNP）為催化劑，在溫和條件下以乙醇和水作介質(zhì)對烯烴和炔烴催化加氫。該納米顆粒對多種底物具有催化活性，且對烯烴、炔烴的加氫選擇性好。實驗結(jié)果表明：氧化物殼層結(jié)構(gòu)的存在不但沒有降低催化活性，而且可提供抗氧化（O2和H2O）保護(hù)的作用。Fe-CSNP催化劑循環(huán)10次后活性依然基本保持不變。在后續(xù)研究中，HUDSON等[39]首先以兩性樹脂為載體負(fù)載Fe(CO)5，在N2氣氛中180℃條件下熱解生成Fe0納米顆粒（FeNP@PS- PEG-NH2），并以此為催化劑，以乙醇和水為溶劑，在流動反應(yīng)器中進(jìn)行高效催化加氫。研究結(jié)果表明：烯烴、炔烴、芳香亞胺和醛類基本能被定量地加氫還原，且不受脂肪胺、醛、酮、酯、芳環(huán)、硝基或芳鹵等官能團(tuán)的影響。這種兩性樹脂穩(wěn)定的Fe0納米粒子用于水系和流動系統(tǒng)，提供了一個創(chuàng)新、穩(wěn)定、廉價和環(huán)境友好的選擇性加氫催化體系。

KELSEN等[47]通過{Fe(N-[Si(CH3)3]2)2}2在氫氣中分解還原形成Fe(0)納米顆粒，以該納米粒子作為催化劑對不飽和碳碳鍵和C=X鍵進(jìn)行選擇性加氫。研究發(fā)現(xiàn)：對于該Fe(0)納米粒子的表面，反應(yīng)前每個Fe原子周圍約有0.5分子的氫化物，使其具有很高的反應(yīng)活性和抗氧化性。反應(yīng)在溫和條件下進(jìn)行，對不飽和碳碳鍵和C=X加氫活性高，而對C=O鍵加氫活性很弱。他們的實驗結(jié)果進(jìn)一步表明，在苯乙烯及其衍生物加氫反應(yīng)中，以該Fe(0)納米粒子為催化劑時，反應(yīng)僅需10bar H2（1bar=105Pa）壓力，且沒有苯乙烯聚合反應(yīng)發(fā)生。

DEY等[48]將液相還原制備的高分散Fe（0）納米粒子用于水相硝基苯選擇性催化加氫制苯胺，并且CHO、COMe、CN、N3、X（X=I，Br，Cl，F(xiàn)）、SCN等容易還原的官能團(tuán)不受影響而被保留。該反應(yīng)過程具有操作簡單、時間短、條件溫和、水性介質(zhì)且無共還原劑引入、胺的收率高等優(yōu)點。

2.2.2 催化過氧化物分解

通過過氧化物分解而產(chǎn)生的羥基自由基（˙OH）具有比常規(guī)過氧化氫（0= 1.31V）或臭氧（0=1.52V）更高的標(biāo)準(zhǔn)氧化電位（0=2.73V）， 其氧化性更強(qiáng)[49]。在（類）芬頓反應(yīng)中，鐵(Ⅱ)物種通常被用作低成本和有效的催化劑以活化過氧化氫，而使用nZVI能克服使用Fe(Ⅱ)所帶來的問題[50]。

PEREIRA等[23]將活性炭負(fù)載納米零價鐵（Fe/AC）作為催化劑用于H2O2分解反應(yīng)，比較了不同溫度熱處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%Fe(400)、Fe(600)、Fe(700)、Fe(800)和純AC的反應(yīng)活性，發(fā)現(xiàn)鐵物種對H2O2分解的活性高于純AC，且Fe(700)活性 最高。

HOAG等[33]用茶多酚綠色合成的納米零價鐵（GT-nZVI）催化H2O2降解有機(jī)污染物溴百里酚藍(lán)，并對GT-nZVI與另外兩種鐵螯合物Fe-EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）和Fe-EDDS（乙二胺二丁二酸）催化分解H2O2產(chǎn)生自由基降解污染物效率進(jìn)行了比較。實驗結(jié)果表明：GT-nZVI催化的H2O2對溴百里酚藍(lán)的降解率最高，且GT-nZVI濃度的增加，納米鐵催化H2O2產(chǎn)生的自由基也隨著增加，從而提高了溴百里酚藍(lán)的降解率。

SUN等[36]以葡萄糖和鐵(Ⅲ)硝酸鹽為前體，通過水熱碳化制備出碳球包覆納米零價鐵（nZVI@ CS），其中nZVI的尺寸為5～10nm。研究發(fā)現(xiàn)：碳的原位還原促進(jìn)了nZVI的分散，并提高了其穩(wěn)定性。nZVI@ CS在分解單過硫酸氫鉀（PMS）產(chǎn)生氧化性自由基中表現(xiàn)出較高的催化活性，其降解苯酚的效率明顯高于鐵離子和鈷氧化物。納米零價鐵高效催化過氧化物分解實現(xiàn)了將有機(jī)物轉(zhuǎn)換從還原破壞變?yōu)檠趸到獾倪^程，拓寬了nZVI材料的應(yīng)用范圍。

MA等[49]將酸前體嫁接到硅藻土上，使其可原位產(chǎn)生酸，并用作載體以合成負(fù)載型納米零價鐵材料（M-nZVI-Da）。將該材料用于催化H2O2分解來氧化環(huán)境內(nèi)分泌干擾物雙酚A（BPA），研究發(fā)現(xiàn)：該材料在初始pH≈5.75的條件下表現(xiàn)出很高的BPA去除效率（100%），反應(yīng)過程中溶液pH會發(fā)生變化。首先酸前體中的硫醇基團(tuán)與過氧化氫產(chǎn)生的酸使溶液pH降至約4.7，然后隨著BPA完全降解，pH急劇下降至約3.5，并伴隨著鐵離子析出。該研究表明含有酸前體的nZVI材料能有效地去除水環(huán)境中的雙酚A分子。

3 結(jié)語

迄今為止，nZVI材料的合成方法已逐漸趨于完善，應(yīng)用范圍也不再局限于環(huán)境修復(fù)處理，而正在逐步推廣以取代貴金屬催化劑。但其本身團(tuán)聚和氧化等問題依然存在，阻礙了其實際應(yīng)用。隨著科研工作者研究的深入，nZVI材料的潛力會得到更多的發(fā)展。在充分發(fā)揮其獨特性能和優(yōu)勢的同時，盡量降低其潛在風(fēng)險。今后的研究目標(biāo)和方向可考慮：①繼續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有方法或開發(fā)新合成方法，尤其是綠色合成方法，以減少加工和處理成本，延長nZVI材料的使用壽命，實現(xiàn)nZVI材料在環(huán)境污染處理方面的廣泛應(yīng)用；②探究合成和使用過程中nZVI材料的結(jié)構(gòu)變化對性能的影響，以深入了解其構(gòu)效關(guān)系，從而指導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確合成；③將nZVI材料更多地與其他技術(shù)協(xié)同，如膜、光催化、磁性分離和生物技術(shù)結(jié)合起來，拓寬其應(yīng)用范圍。

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Progress of preparation and application of nanoscale zero-valent iron

XIE Qingqing，YAO Nan

（College of Chemical Engineering，Institute of Industrial Catalysis，State Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry Synthesis Technology，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，Zhejiang，China）

Nanoscale zero-valent ironcatalytic materials have advantages of low cost，high reaction activity，high specific surface area and excellent adsorption properties. The excellent performances of these materials in various environmental pollutants（e.g. heavy metals，inorganic anions，radioactive elements，halogenated organic compounds，nitroaromatic compounds and endocrine-disrupting chemicals）remediation through different degradation mechanisms have made them be regarded as a new type of material that having broad application prospect. In this review，the typical preparation methods，including physical method，chemical liquid phase reduction method，thermal decomposition method，carbothermal synthesis and polyol process，and novel green synthesis technology，of nanoscale zero-valent iron are introduced in detail. Moreover，the applications as well as the reaction mechanism and efficiency of nanoscale zero-valent iron in environmental pollution treatment and catalysis are summarized. In addition，some unresolved scientific problems including the oxidation and the agglomeration of nanoscale zero-valent iron are mentioned. It also suggests that the future research should be focused on the improvement or development of new synthetic method to reduce the cost and to extend the application field of the nanoscale zero-valent iron materials.

nanoscale zero-valent iron；preparation；reduction；catalysis

TB39

A

1000–6613（2017）06–2208–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.034

2016-09-18；

2016-11-26。

浙江省膜分離與水處理協(xié)同創(chuàng)新中心項目。

謝青青（1992—），女，碩士研究生，主要研究方向為納米零價鐵的制備及其應(yīng)用。E-mail：13588259489@163.com。聯(lián)系人：姚楠，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事資源與環(huán)境催化的研究。E-mail：Kenyao@zjut.edu.cn。