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社会经济快速发展的同时,水污染也日趋加剧,成为影响人类健康、社会可持续发展的重大障碍。发展环保、经济、有效去除水中污染物的方法具有战略意义。铁在地壳中含量丰富,零价铁可作为还原剂、吸附剂、絮凝剂、Fenton氧化剂去除多种无机阴离子、重金属、有机物等。纳米零价铁活性高,但其不稳定、易自燃、难储存,使其实际应用遇到诸多困难。所以,发展适用性广、稳定性强、活性高的零价铁成为许多研究者的共同目标。在前期工作中,我们课题组自主设计合成了一种具有微米纳米多级结构的零价铁(以下简称微纳零价铁,表示为mnZVI)。微纳零价铁是由纳米结构单元原位组装而成的具有疏松多孔亚微米尺寸的零价铁球,其纳米结构单元并未完全暴露于空气中,因而兼具纳米零价铁的高活性和普通零价铁的稳定性。本文将微纳零价铁应用于去除两种典型的污染物并深入研究了去除机理。1.微纳零价铁去除饮用水中副产物溴酸盐(Br03-):mnZVI可快速高效去除BrO3-。空气氛围中,0.1 g/L mnZVI去除1000 ppb BrO3-需时5 min(比文献报道的纳米零价铁快4倍),去除反应符合一级动力学,氩气氛围中只需3 min,其反应速率是空气氛围中的2.18倍。溶解氧抑制还原反应原因是:无氧反应mnZVI表面Fe(Ⅱ)比例高,促进还原反应;有氧反应mnZVI表面生成铁氧化层,阻碍还原反应。体系中Fe(Ⅱ)参与了 BrO3-的还原,贡献率为14%。体系中无溴中间产物生成,不会造成二次污染,mnZVI对溴元素无吸附作用,溶液中总溴回收率多于94%。钠型阳离子交换树脂可有效去除溶液中副产物伴生铁离子,采用动态层析柱模拟小型净水器去除溴酸盐取得了良好效果。2.微纳零价铁去除水中洛克沙胂(ROX):mnZVI可快速去除ROX。空气氛围中,0.75 g/L mnZVI去除20 mg/LROX,2.5 min时去除率高达98.6%,去除反应符合一级动力学。去除ROX过程为:ROX首先被快速还原为3-氨基-4-羟基苯胂酸(HAPA),此过程中·H起到主要作用。HAPA降解的主要路径是·OH进攻As-C键生成As(Ⅴ)和2-氨基苯酚,另外,·H也可使HAPA降解产生As(Ⅲ)和2-氨基苯酚,生成的As(Ⅲ)可被·OH氧化为As(Ⅴ)。无机砷的固定过程为FeO(OH)和As(Ⅴ)形成共沉淀吸附在mnZVI表面。HAPA降解速率较慢,这是由于体系中产生的·OH较少,未降解的HAPA均被mnZVI吸附。