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随着全球经济高速增长,生态环境问题日益突出。工业三废的排放导致水污染问题愈发严峻,尤其是水体中重金属污染。Cr(Ⅵ)是典型的有毒重金属离子之一,具有高毒性,致癌性和致突变性,广泛存在于地表水和地下水中,因此,治理重金属Cr(Ⅵ)污染迫在眉睫。目前修复Cr(Ⅵ)污染最有效的方法就是将其还原为毒性较低的Cr(Ⅲ)。其中零价铁(mZⅥ)因具有绿色、经济、环保等特性而成为研究者密切关注的环保型功能材料,但由于其表面钝化层的存在,导致商业零价铁在治理铬污染过程中普遍存在处理效率低、循环性能差等问题。因此本论文采用不同类型氟化物对零价铁表面进行改性,以增强其电子传输能力和对Cr(Ⅵ)的去除能力。具体研究如下:第一部分:采用浸渍法,将mZⅥ浸入0.4mol/L氟化钠溶液中来制备无机表面氟化零价铁(F-mZⅥ),浸渍时间为lh,并通过去除Cr(Ⅵ)活性实验来测试F-mZⅥ的反应性能。发现F-mZⅥ体系去除Cr(Ⅵ)的反应速率常数约为mZⅥ体系的6倍。SEM和XRD表明,与mZⅥ相比,F-mZⅥ的形貌和物相结构没有发生改变。XPS进一步证实F取代了部分零价铁表面羟基。此外,Fe2p轨道的XPS分析结果显示,mZⅥ表面Fe(Ⅱ)含量为42.1%,而F-mZⅥ表面Fe(Ⅱ)占比却增加到了 52.3%,这表明表面氟改性提高了零价铁的电子传输能力。最后,DFT理论计算证实了表面氟化作用确实增加了零价铁表面的电子云密度,从而提高了 F-mZⅥ对Cr(Ⅵ)的去除性能。第二部分:相对于无机氟离子,有机氟化物存在更强的吸电子能力。因此接下来我们选择了三氟乙酸对mZⅥ进行改性并比较了它们去除Cr(Ⅵ)的能力。实验表明,与F-mZⅥ和mZⅥ相比,有机表面氟化零价铁(TFA-mZⅥ)具有更高的去除Cr(Ⅵ)性能。SEM和XRD表明TFA-mZⅥ的形貌和晶体结构没有发生改变。ATR-IR和DFT证明,TFA以单齿单核配位形式修饰在零价铁表面上。产氢实验和氩气实验表明,TFA修饰的零价铁可以将更多电子传递给目标污染物Cr(Ⅵ),而不是H2O和O2,从而提高了其电子选择性。同时,接触角测试进一步证实了 TFA改性后降低了零价铁的亲水性能,减少了溶液中共存氧化性物质的竞争消耗电子作用,最终实现了对重金属污染物Cr(Ⅵ)的高效去除。本论文证明了我们构建的表面氟化零价铁体系具有良好的去除重金属Cr(Ⅵ)的性能,深入阐明了去除性能提高的原因,即表面氟化基团的强吸电子作用增强了零价铁壳层内部的电子转移能力,进而提高了零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率,同时表面性质(例如疏水性)的改善还有助于提升零价铁的电子选择性。以上研究结果为提升零价铁反应活性提供了新策略,也为表面氟化零价铁在实际水污染处理中的应用提供了理论支持。