清洁的能源和水资源对于世界可持续发展至关重要。然而,化石能源的过度使用不仅使化石燃料储备日益枯竭,还造成了水污染、气候变化等严峻的环境问题。因此,清洁、可再生能源的开发和高效的环境修复材料的研究备受关注。清洁氢能源在应对气候变暖方面具有重要作用,近年来其开发和应用在世界范围内发展迅猛。零价铁(ZVI)是一种重要的环境修复材料,被广泛用于水中氯代烃、重金属、染料、有毒阴离子等污染物的去除。Fe3O4粒子性质稳定,具有催化活性高、磁性能好等特点,被广泛应用于环境修复、磁流体制造等领域。本文研究铝铁合金在碱液中水解制备氢气、高活性零价铁(sZVI)和具有优良磁性能的正八面体Fe3O4。首先研究了铝铁合金铁含量、合金粒径、反应温度、碱液浓度、NaCl的添加对铝铁合金在碱液中水解制氢性能的影响,通过XRD、SEM、EDS、XPS、TEM等表征方法分析产氢过程中和结束后铝铁合金和固体产物的表面形貌、结构和组分,提出了铝铁合金水解制备氢气和高活性零价铁(sZVI)的机制。实验结果表明,铝铁合金水解制氢的速率随碱液浓度的提升而提升,产氢量随合金中铁含量的增加而降低,随合金粒径的增大而提升。常温常压下铁含量为20%,粒径为20-40目的铝铁合金(Al-Fe20,投加量10 g/L)在2 mol/L NaOH溶液的产氢速率达到41.3 mL/(g-min),并可达到理论产氢量。产氢过程中铝铁合金中的铝组分不断溶出,产氢结束后铝铁合金被碱液刻蚀形成了具有独特的沟壑形貌的微米级零价铁,其比表面积高达30-70 m2/g。其次,本文研究了铝铁合金产氢固体产物在碱液中老化温度、时间、碱液浓度对制备正八面体Fe3O4的影响。实验结果表明,OH-对材料的生长方向起主导作用;温度升高加快材料晶面的生长速度,一定OH-浓度、温度和时间可以使材料呈现出规则的八面体形貌;在2 mol/LNaOH,90℃,反应时间6 h的条件下能够获得具有优良磁性能的正八面体Fe3O4。最后,本文研究了 sZVI去除水中难降解有机染料酸性橙7(AO7)的性能(前驱体铝铁合金的粒径、sZVI投加量、污染物浓度、初始pH等影响因素),并与纳米零价铁(nZVI)和商业还原铁粉(cZVI)进行了比较。实验结果表明,同等条件下,sZVI同时具备高吸附性和高还原性,sZVI去除AO7的性能与nZVI相当,优于cZVI;在碱性环境下,sZVI的高吸附性能弥补其还原性的不足,从而在pH 3-11的范围内对AO7保持很高的去除率。动力学分析表明,sZVI去除AO7的反应过程符合拟二级吸附动力学规律和二级还原动力学规律,吸附和化学反应共同控制了AO7的去除,但sZVI去除AO7的还原过程比吸附过程快。通过反应产物的分析,提出了 sZVI去除AO7的途径和机制。此外,本文对sZVI还原去除水中NO3-进行了研究,还原产物的氮气选择性达40%。与氢气比较,铝铁合金的储运更为安全、经济。因此,铝铁合金水解制备氢气、高活性ZVI和具有优良磁性能的Fe3O4的方法,有望在资源循环利用、清洁制氢和环境修复领域广泛应用,促进世界绿色、可持续的发展。