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PCB77是一类联苯苯环上的4个氢原子被氯取代而形成的氯化物，与其它多氯联苯(PCBs)相比毒性较大，在环境中含量较高。因为PCBs具有极其稳定的理化特性，常用处理处置方法难以到达令人满意的去除效果。相关研究表明，零价金属具有较强地还原降解有机氯化物的能力。随着纳米技术研究的深入和发展，纳米材料在环境中的应用引起了大家的关注。纳米材料因具有高的比表面积、高的化学反应活性、强的吸附特性和良好的生物兼容性等特点在环境污染修复领域有着广泛的应用前景。同时，也为PCBs的污染去除提供了新的机遇。
本研究选择PCB77为研究对象，利用具有高活性的纳米Fe0和纳米Fe3O4，研究其单一或复合体系对溶液、土壤中PCB77的降解动力学，以及影响降解效率的不同因素，为环境中残留的PCBs提供一种高效去除方法，并为受到PCBs污染水体和土壤的修复提供理论依据。主要的研究内容和结果如下：
1.研究了纳米Fe0/Fe3O4单一与复合体系对溶液中PCB77的降解动力学以及影响因素，结果表明：纳米Fe0、Fe3O4均能较明显的加速PCB77的还原脱氯降解，但是投加纳米Fe0同时配比不同比例的纳米Fe3O4.对PCB77的降解效率明显优于单一体系对PCB77的降解效率，且不同投加比例和pH对纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解PCB77的效率影响较大。纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解溶液中PCB77符合一级动力学方程。
当PCB77的初始浓度为5mg·L-1，溶液pH6.8，纳米Fe0/Fe3O4投加比例为1:0.1、1:0.2和1:1时，反应240min后，PCB77的残留率分别为6.46％、10.23％和38.20％；降解半衰期分别为58.7、73.7、198.0min；pH4.5、pH6.8、pH9.0三种不同pH溶液中PCB77的残留率分别为21.88％、6.46％、75.54％；降解半衰期分别为105.0、58.7、630.0min。
随着反应时间的增加，反应体系中氧化还原电位不断降低，而pH则变化不大。反应体系溶液中氯离子浓度也在不断增大。由此可以推断，溶液中PCB77是通过还原脱氯实现降解的，纳米Fe0/Fe3O4对溶液中PCB77有比较明显的降解效果。
2.研究了纳米Fe0/Fe3O4复合体系对土壤中PCB77的降解动力学以及影响因素，结果表明：纳米Fe0/Fe3O4复合体系对土壤中PCB77也具有显著地降解效果，且不同比例纳米材料对PCB77的降解影响较大，纳米材料投加次数对PCB77的降解也具有较大地影响。纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解土壤中PCB77符合一级动力学方程。
当PCB77的初始浓度为5mg·kg-1，纳米Fe0/Fe3O4投加比例为0:0、1.1、1:0.2、1:0.1时，24h后土壤样品中PCB77的残留率分别为96.92％、72.57％、59.88％、64.94％。反应体系在恒温振荡器反应14d后，红壤、黄褐土、砂姜黑土中PCB77的残留率各为81.05％、54.36％、62.06％；降解半衰期分别为49.1、16.2、20.9d。
随着纳米Fe0/Fe3O4投加次数的增加，黄褐土中PCB77的残留率逐渐降低，而对照组中PCB77的残留率均在90％以上。当纳米Fe0/Fe3O4投加到5次以后，纳米复合体系对土壤中的PCB77不再具有明显的降解效果。最终，纳米Fe0/Fe3O4对黄褐土中PCB77的降解效率维持在70％以上。
3.采用GC-MS分析了PCB77的降解产物，并对可能发生的降解途径进行了推测，结果表明：通过纳米Fe0/Fe3O4复合体系的还原脱氯作用，目标物质PCB77(3，3’，4，4’-Tetrachlorobiphenyl)首先脱去对位上的一个氯原子生成三氯联苯(3，3’，4-Trichlorobiphenyl)，然后再继续脱去间位上的一个氯原子生成二氯联苯(3，3’-Dichlorobiphenyl)，随后脱去邻位上的氯原子生成一氯联苯(3-Chlorobiphenyl)，最后再与纳米复合体系反应脱去最后一个氯原子生成联苯(Biphenyl)。
4.通过扫描电镜、透射电镜和X衍射技术，研究了纳米材料反应前后的变化。TEM图谱表明，片状结构的纳米Fe0与尖晶立方体结构的纳米Fe3O4反应后形态都发生了改变。Fe3O4将Fe0牢牢包裹，说明两种纳米材料接触后发生强烈地表面化学作用，发生了电子转移，并为PCB77的脱氯降解提供电子。
XRD图谱则表明，在反应发生前，反应体系中仅有Fe0、Fe3O4两种物质；反应后，体系中的物质包括Fe0、Fe3O4、Fe2O3、FeO。并且，随着反应时间的增加，Fe3O4、Fe2O3、FeO的含量不断增加，而Fe0的含量则有所降低。Fe0化合价升高，失去电子，生成Fe2+(Fe3O4、FeO)、Fe3+(Fe3O4、Fe2O3)，失去的电子同样也是为PCB77的还原脱氯降解提供电子。