制备方法对硫化纳米零价铁组成结构及Cr(Ⅵ)去除效能的作用机制研究OA

硫化纳米零价铁(S-nZVI)作为一种高活性和高选择性的修复材料已获广泛关注。然而,制备方法及空气氧化过程对S-nZVI结构性能与去除水中Cr(Ⅵ)活性的影响机制尚不明确,限制了其在水环境修复中的应用。基于此,本文采用液相还原法制备了S-nZVI,系统考察了硫化方法、硫铁摩尔比(S/Fe)、空气氧化对S-nZVI组成结构及其去除水中Cr(Ⅵ)效果的影响,并结合反应过程中液相组成分析及S-nZVI材料表征,探讨了S-nZVI对Cr(Ⅵ)去除机理。结果表明:S-nZVI与水中Cr(Ⅵ)反应过程符合准二级动力学模型,随着S/Fe增加,S-nZVI与Cr(Ⅵ)的反应速率常数(k_(2))呈先增加后下降的趋势,在S/Fe=0.55时k_(2)达到最大值0.556 g/(mg·min),这主要是由于S-nZVI具有较高的表面积及还原态硫(S^(2-)、S_(2)^(2-)及S_(n)^(2-))含量,且S_(2)^(2-)在促进电子传递及提高电子选择性方面起关键作用。S-nZVI暴露在空气中氧化14 d后,对水中Cr(Ⅵ)去除率仍保持在73%~100%,相较之下,nZVI对Cr(Ⅵ)去除率降低至58%,S-nZVI中FeS_(x)层有效提升了其抗氧化性。S-nZVI与Cr(Ⅵ)的反应机理主要为发生在固-液界面的Cr(Ⅵ)吸附、还原和(共)沉淀反应,少量Cr(Ⅵ)在液相中直接被还原并沉淀。本研究揭示了S-nZVI制备方法及氧化过程对其组成结构及去除Cr(Ⅵ)效果的影响,为S-nZVI性能调控及制备优化提供数据支撑。