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随着我国城市化、工业化的飞速发展,环境中重金属污染问题也日益突出,如汞(Hg)、镍(Ni)、铅(Pb)、铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)污染等,其中又以Cd污染最为严重。重金属元素具有较强的迁移、富集和隐藏性,可经空气、水、食物链等途径进入人体,并对人体健康造成极大威胁。当前,重金属的修复技术主要包括沉淀法、膜分离及离子交换等,但这些技术因处理成本或处理效率等问题而限制了其大规模应用。因此,迫切需要开发更多处理效率高、成本低、环境友好的重金属修复技术。近年来,硫化纳米零价铁(S-nZVI)因其对目标污染物选择性高、反应活性强、去除稳定而引起了广大学者的关注。但其与污染物的反应是表面介导过程,硫化剂种类、制备方法及S/Fe摩尔比均可影响其表面性质及反应活性,因此有关S-nZVI的合成仍需进一步优化。本文首先以Cd(Ⅱ)为研究对象,通过改变硫化剂种类、制备方法、S/Fe摩尔比,筛选出能高效去除Cd(Ⅱ)的S-nZVI。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、球差校正扫描透射电镜(Cs-STEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)等光学表征仪器对反应前后的S-nZVI表征,探讨硫化对nZVI微观形貌及组分的影响及其与Cd(Ⅱ)的作用机理,同时研究Cd(Ⅱ)初始浓度、S-nZVI投加量、水体中典型阴阳离子(Mg2+、NO3-)、HA、EDTA等因素对Cd(Ⅱ)去除效率及动力学的影响。最后探讨S-nZVI对其它重金属的作用机理。主要研究结果如下:(1)S-nZVI筛选及表征:以Na2S为硫源一步法合成的S-nZVI对Cd(Ⅱ)去除效率远高于其它方法,最佳S/Fe摩尔比为0.75。SEM、TEM及Cs-STEM分析表明,新鲜制备的S-nZVI没有明显的核壳结构,呈聚合片状,尺寸约为50-100 nm。XRD及Raman结果显示,S-nZVI颗粒由Fe0、Fe3O4及无定型态Fe S组成。(2)S-nZVI去除Cd(Ⅱ):Cs-STEM、Raman及XPS结果表明,nZVI经硫化处理后,对Cd(Ⅱ)的去除机理由nZVI表面铁氧化物的吸附作用转变为Cd(Ⅱ)置换Fe S中的Fe,与S结合形成Cd S。反应符合准二级动力学模型,准二级速率常数k2随Cd(Ⅱ)初始浓度的增加而降低,随S-nZVI投加量的增加而升高。溶液中存在低浓度Mg2+、NO3-、HA及EDTA时均可抑制Cd(Ⅱ)的去除,但随着其浓度增加,抑制作用将减弱,高浓度HA和EDTA甚至会对Cd(Ⅱ)的去除产生促进作用。S-nZVI对Cd(Ⅱ)的最大去除容量为495mg/g,远高于其它铁基及碳基材料。(3)S-nZVI去除其它重金属:XRD、Raman及XPS结果显示,与硫具有很强亲和力的重金属(Hg(Ⅱ)、Ag(I))与S-nZVI的作用机理为置换Fe S中的Fe,与S结合形成金属硫化物,对于Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)除置换作用外,还包括其与S-nZVI表面基团的络合作用,其中Zn(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除以表面基团的络合作用为主。S-nZVI与不同重金属反应后,会被氧化为不同的铁氧化物、S0及SO42-。