随着工业生产规模的不断扩大,重金属和有机类污染物大量排放到天然水体中造成了严重的环境污染问题。由于这些污染物具有种类复杂、存在周期长、难以被去除等特点,导致传统的水处理技术对其去除能力有限。因此,探索新型、高效、经济地去除水体中重金属和有机污染物的材料和方法是一项很有价值的研究课题。纳米零价铁（nZVI）具备了纳米材料优异的吸附性能和铁良好的还原性能,能够高效去除环境中多种污染物。本文通过液相还原法制备了具有高反应活性的nZVI,研究了 nZVI和改性nZVI去除水中典型重金属（Cr（Ⅵ））和有机污染物硝基苯的效能与机理。在此基础上,探究了纳米零价铁活化过硫酸盐产生高效自由基去除难降解有机污染物咖啡因的效能。研究结果将为nZVI的实际应用提供理论指导。本文主要从以下四个方面开展实验研究:（1）通过液相还原法制备了 nZVI并对其进行扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDS）、比表面积（BET）、X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（FTIR）和粒度分析,以探究nZVI的表面形貌、晶相特征、元素组成和粒径分布等,为研究nZVI去除污染物的内在机理提供理论基础。SEM-EDS表征结果显示nZVI具有良好的球形结构,但存在严重的颗粒聚集现象。XRD和XPS结果显示nZVI有良好的晶型结构,但存在颗粒表面被氧化的现象,且这些氧化物主要为γ-Fe2O3和Fe3O4等。BET结果显示nZVI的比表面积可达到15.19 m2/g。粒度分析结果可知nZVI的粒径主要分布在60-200 nm的区间,但是由于颗粒之间易聚集导致检测出存在粒径较大的颗粒。改性nZVI实验结果表明淀粉和抗坏血酸能够有效降低nZVI颗粒间的聚集。（2）实验考察了 nZVI对重金属铬（Cr（Ⅵ））的去除效果,分析了 nZVI吸附还原去除Cr（Ⅵ）的关键影响因素。研究结果表明,当[nZVI]=0.5 g/L、[Cr（Ⅵ）]=25 mg/L、pH=3、T=293K时,反应90min后Cr（Ⅵ）的去除率可达到100%,且溶液的初始pH和Cr（Ⅵ）的初始浓度越低,nZVI投加量越多越有利于Cr（Ⅵ）的去除,而温度对nZVI去除Cr（Ⅵ）的规律并不明显。同时揭示了 nZVI吸附去除Cr（Ⅵ）的反应动力学、热力学和离子扩散模型,结果表明nZVI去除Cr（Ⅵ）的过程符合伪二级动力学和Langmuir等温模型。反应机理结果表明Cr（Ⅵ）主要通过吸附、还原和共沉淀过程得以去除,主要还原产物为FeCr204,CrxFe1-xOOH和CrxFe1-x（OH）3等。水体基质影响实验结果表明Cl-、NO3-、SO42-和HCO3-对nZVI还原Cr（Ⅵ）具有抑制作用,其抑制能力从小到大为Cl-<NO3-<SO42-<HCO3-,呈现出随着浓度的升高抑制作用增强的趋势;而腐殖酸由于易堵塞nZVI表面的有效位点也表现出抑制作用;当反应时间较长时,Ca2+和Mg2+对实验的抑制作用可以忽略。改性nZVI去除Cr（Ⅵ）的实验结果表明Fe-淀粉、Fe-抗坏血酸和Fe-Cu能够提高Cr（Ⅵ）的去除率。（3）实验考察了 nZVI对硝基苯（NB）的去除效果,深入探讨了 nZVI去除NB的主要影响因素和反应机理等。结果表明,当[nZVI]=0.25 g/L、[NB]=50 mg/L、pH=3、T=293 K时,反应60 min后NB的去除率可达到83.30%,主要去除产物可能为硝基还原产生的苯胺。水体基质影响实验表明,Cl-离子能够促进硝基苯的还原,而腐殖酸在NB还原过程中表现出前期促进而后期抑制的现象。nZVI改性实验结果表明,Fe-Mn双金属会加快NB的去除速率。（4）实验研究了 nZVI活化过一硫酸盐（PMS）和过二硫酸盐（PS）对咖啡因（CAF）的去除效能,分析了 nZVI/PMS和nZVI/PS体系去除CAF的影响因素、体系中主要自由基种类、可溶性铁的含量和种类变化等。结果表明当PMS和PS初始浓度为 5 mM、[nZVI]=0.2 g/L、pH=3、T=293 K 时,反应 30 min 后,nZVI/PMS和nZVI/PS两种体系对CAF的去除率分别可达到81.1%和100%。自由基鉴定实验表明,nZVI/PMS体系中主要活性自由基为羟基自由基（·OH）,而nZVI/PS体系中主要活性自由基为OH和硫酸根自由基（SO4·-）。水体基质影响实验表明,Cl-、NO3-和H2PO4-由于能够清除nZVI/PS体系中的活性自由基生成弱氧化性自由基从而抑制了 CAF的去除效率,而腐殖酸对nZVI/PS体系去除CAF几乎无抑制影响。可溶性铁含量检测实验结果表明,nZVI/PS体系中铁主要以Fe3+形式存在。综上所述,nZVI具有较强的吸附和还原能力,不仅能够用于去除高浓度的含铬和硝基苯废水,同时能够联合高级氧化技术产生高效自由基有效去除咖啡因废水。