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随着城镇化和工业化的快速发展,越来越多的污染物排入水体,过量的污染物造成了严重的环境污染,这对环境修复技术的创新提出了挑战。其中,重金属几乎没有生物降解性,在环境中可以通过食物链被富集,并在动植物和人体内积累和放大,对人体的健康福祉和生态系统的安全造成了严重的威胁。近年来,由于纳米零价铁颗粒(nZVI)具有较高的反应活性和较大的比表面积,引起了研究者的关注。但是,原始的nZVI纳米颗粒容易团聚,且在反应过程中表面容易钝化而抑制了反应活性。硫化改性的nZVI纳米颗粒(S-nZVI)可以很好地抑制nZVI的团聚,增加颗粒的分散性和反应活性,并提高使用寿命。本文使用液相还原法合成原始的nZVI纳米颗粒,并用一步法和分步法合成了 S-nZVI纳米颗粒和Fe/FeS纳米颗粒,对水溶液中的重金属Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附进行探讨。实验结果表明,相比起原始的nZVI纳米颗粒,S-nZVI纳米颗粒(S/F e=0.25)对Cu(Ⅱ)有更好的去除效果,一步法合成的S-nZVI纳米颗粒(S/F e=0.2)对Cd(Ⅱ)有更好的去除效果。通过对SEM和TEM的表征结果分析得出,原始的nZVI纳米颗粒为聚集在一起的小球颗粒,并且表面光滑呈链状,S-nZVI纳米颗粒含有片层状的FeSx,且颗粒之间较为分散。通过BET表征分析可得出,S-nZVI纳米颗粒的比表面积远远大于nZVI的比表面积。由XPS的表征结果可知nZVI纳米颗粒经过硫化改性后出现了 S2p特征峰,说明有硫化物生成。比起nZVI纳米颗粒,S-nZVI纳米颗粒对于Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)有较好的去除效果,nZVI纳米颗粒对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量分别为288.27 mg/g和40.025 mg/g,而S-nZVI纳米颗粒对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量高达为388.60 mg/g和66.275 mg/g。两种材料对于Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附符合伪二级动力学,即吸附速率是由化学过程控制。初始溶液的pH对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除有很大的影响,随着溶液的初始pH的升高,在酸性条件下的去除效果更好。由吸附等温线模型分析,Langmuir吸附等温线模型更适合于描述S-nZVI纳米颗粒对于Cu(Ⅱ)的吸附过程,最大吸附量为460.83 mg/g,S-nZVI纳米颗粒对于Cu(Ⅱ)属于单层吸附,并且被吸附的Cu(Ⅱ)之间不会发生相互作用。Cu(Ⅱ)的初始浓度和共存物质是影响吸附的因素。随着Cu(Ⅱ)的初始浓度增加吸附量不断上升;实验发现共存离子Cl-、Ca2+、Mg2+和腐殖酸的存在会使Cu(Ⅱ)的去除效率降低。本实验也探讨了 Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)同时存在时的竞争吸附,结果表明S-nZVI纳米颗粒对Cu(Ⅱ)的吸附效果比Cd(Ⅱ)好,Cu(Ⅱ)的共存对Cd(Ⅱ)的吸附存在较强的抑制作用。由反应前后的XPS表征分析可知,S-nZVI纳米颗粒对Cu(Ⅱ)去除反应过程是一个混合过程:首先,溶液中的Cu(Ⅱ)吸附至S-nZVI纳米颗粒上,然后材料上的nZVI将Cu(Ⅱ)还原为Cu2O和Cu0并附着于材料表面。同时,S2-可与Cu(Ⅱ)结合为CuS从而从水溶液中去除。而S-nZVI纳米颗粒对Cd(Ⅱ)去除机制主要包括了表面络合和吸附:首先,溶液中的Cd(Ⅱ)吸附至S-nZVI纳米颗粒上,然后发生表面络合,同时FeSx溶出的S(-Ⅱ)与Cd(Ⅱ)生成金属硫化物沉淀。