利用纳米技术从水环境中去除硝酸盐的综述

利用纳米技术从水环境中去除硝酸盐的综述
张昕喆;王俊岭;冯萃敏;汪长征;李俊奇
【摘要】综述了纳米技术去除水环境中硝酸盐的主要机理,着重探讨了纳米颗粒、碳纳米管、纳米纤维、纳米团簇和纳米复合材料对硝酸盐去除的效果,分析了纳米材料在硝酸盐的去除中存在的不足及改进,最后对纳米技术处理水环境中的硝酸盐的应用前景进行了展望,认为纳米技术在水处理中对硝酸盐的去除存在良好的应用前景.
【期刊名称】《应用化工》
【年(卷),期】2019(048)005
【总页数】8页(P1212-1219)
【关键词】硝酸盐;纳米技术;纳米颗粒
【作者】张昕喆;王俊岭;冯萃敏;汪长征;李俊奇
【作者单位】北京建筑大学环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044;北京建筑大学环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044;北京建筑大学环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044;北京建筑大学环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044;北京建筑大学环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点实验室,北京100044
【正文语种】中文
【中图分类】TQ09
近几十年来，水中高浓度的硝酸盐问题困扰了人类社会的发展，成为全球关注的焦点。

从水中去除硝酸盐的常用技术包括：吸附、离子交换、电化学、反渗透、膜过滤以及生物脱氮[1-3]等。

但传统的吸附技术有一些局限性[4]，其吸附效率低，重复利用率差和后期处理困难。

纳米技术是一个涉及纳米尺度物体(10-9m)的修改、设计和应用的领域。

在这个尺度里，材料通常具有优异的热、机械、光学、结构和形态等特殊的性能，使其可用于传统材料无法涉及的领域里。

近年来，国内外一些研究已经证明纳米材料在硝酸盐的去除有良好的应用效果，渐渐引起了科学界的广泛关注。

因此，本文综述了不同纳米材料从水环境中去除硝酸盐的研究进展，着重探讨纳米颗粒、碳纳米管、纳米纤维、纳米团簇和纳米复合材料对硝酸盐去除的研究。

1 水环境中硝酸盐污染的现状
水环境中硝酸盐污染主要源于农业灌溉和城市径流、卫生和工业废物的处置不规范、受感染系统的泄漏以及从垃圾箱中流失，在世界范围内越来越普遍，严重影响饮用水的质量、生态和水生生态系统的价值。

例如，美国2/3的沿海河流和海湾因含
氮污染而中度甚至严重退化[5]；中国超过85%的湖泊和约522条主要河流严重的氮污染，导致水环境富营养化[6]。

硝酸盐的高溶解性可引起广泛的地下水硝酸盐
污染，导致供水和生态紊乱的严重风险。

饮用水中高浓度的硝酸盐会导致健康问题，如婴儿的高铁血红蛋白血症和成人的膀胱、非霍奇金淋巴、卵巢以及消化道癌症[7]。

世界卫生组织(WHO)已将饮用水中硝酸盐的最大污染物水平设定为10
mg/L[8]。

美国环境保护署(USEPA)将硝酸氮和亚硝酸氮的最大浓度分别设定为
10 mg/L和1 mg/L[9]。

中国新的城市污水处理厂污染物排放标准草案(GB 18918—2016)已将总硝酸盐含量降至10 mg/L。

因此，从地表水体和地下水等环境来源去除硝酸盐对于防治这些问题至关重要。

2 纳米材料对硝酸盐的去除机理
纳米材料对硝酸盐的去除机理主要包括化学还原和物理化学吸附作用等。

化学还原是一种常见的硝酸盐去除机理。

纳米材料与传统的还原剂(活泼金属、硼氢化物、甲酸盐、肼、羟胺、氢和铁等)相比是一种强还原剂。

其具有高催化性能和还原能力，可以在短时间内快速有效地去除硝酸盐[10]。

比如，Shi制备的纳米Pd/Fe粒子，5 min内硝酸氮的去除率达到90%以上[8]。

Anna新合成的
NZVI(F-NZVI)粒子，硝酸盐含量在1 min内减少至1 mg/mL以下[11]。

根据所用纳米材料的类型而不同，反应产物主要包括亚硝酸盐、氨氮和氮气等。

基于成本、设计和操作的简单性，吸附是一种有吸引力的硝酸盐去除方法。

纳米材料的发展很大的提高了传统吸附剂的性能[12]。

与传统吸附剂相比，纳米材料具有更高的孔隙率、表面积、比表面积、吸附活性，催化电位高以及更多的活性位点和可控的孔径和表面化学性质，不仅可以通过物理吸附还可以经过化学吸附附着在表面上，表现出较强的吸附性能。

用于硝酸盐去除的纳米材料(图1)：纳米颗粒、纳米管、纳米团簇、纳米壳、纳米纤维和纳米复合材料的还原能力和吸附效率可能不同。

图2显示了硝酸盐通过不同纳米材料的去除机制。

为了获得更好的水环境中污染物去除效果，纳米材料正在成为硝酸盐去除的新替代物。

图1 纳米材料用于硝酸盐去除Fig.1 Nanomaterials used in nitrate removal
图2 使用不同纳米材料的硝酸盐去除机制
Fig.2 Nitrate removal mechanisms using different nanomaterials
3 用于硝酸盐去除的纳米材料
3.1 纳米颗粒
纳米颗粒直径在1～100 nm范围内，可以是金属、半导体或聚合物。

由于纳米颗
粒尺寸小、表面积大、催化活性优异，可用作还原剂和吸附剂替代常规处理从水环境中去除硝酸盐。

3.1.1 纳米零价铁颗粒(NZVI)及改性纳米零价铁(NZVI)是粒径在1～100 nm的零价铁颗粒，因其有高表面活性、强还原性以及较大比面积，可将硝酸氮还原为氨氮和氮气，在去除地下水中硝酸盐上表现出明显的优势。

在一项的研究中，Liu等利用天然或者水热合成的针铁矿合成NZVI，使原本昂贵的合成过程变得廉价[13]。

研究发现，从天然针铁矿中获得的NZVI在pH为1，6和8的水环境中分别显示出95.1%，91.3%以及83.5%的硝酸盐去除率，显示出优异的硝酸盐还原能力，而普通零价铁颗粒虽然在pH=1时显示出90%的去除率，但在pH=6时去除率急剧下降至10%。

在另外一项研究中，Anna等比较了新合成的NZVI(F-NZVI)，干燥的NZVI(D-NZVI)和超声波干燥处理的NZVI(DS-NZVI)的硝酸盐还原性能[11]。

结果显示，还原硝酸盐能力排序为：F-NZVI>D-NZVI >DS-NZVI。

其中在F-NZVI的情况下，硝酸盐含量在1 min内减少至1 mg/mL以下。

pH几乎不对硝酸盐还原产生影响，NZVIs将硝酸盐还原为铵和亚硝酸盐，产生的亚硝酸盐随时间延长而减少，最终产物是氨。

Cho等将NZVI与纳米级磁铁矿(NMT)一起使用，发现其提高了硝酸盐去除能力[14]。

主要由于磁铁矿纳米颗粒的磁性，使它们均匀地分散在NZVI的表面上，增强了NZVI的腐蚀速率，促进了电子传递，从而加强了NZVI的还原能力。

与去离子水相比，地下水显示出更快的硝酸盐还原速率，另外，磁铁矿纳米粒子还增强了NZVI的耐久性。

由于NZVI自身金属粒径小具有磁性，容易发生团聚和氧化，导致纳米颗粒的有效表面积和表面活性降低。

因此，可以将纳米零价铁负载到固体载体上，提高纳米颗粒的分散性，增强其环境迁移能力，达到提高其反应活性的目的。

Khalil等采用来源广、价格低、孔道丰富、有较大比表面积、本身对硝酸盐有一定吸附能力的活性炭作为载体[15]。

通过对负载前后去除性能的对比，结果显示，零价纳米铁与活性
炭的质量比为2∶1时去除硝酸盐的效果最高，提高了约50%去除能力。

董磊制备了改性凹凸棒土纳米铁纳米颗粒[16]。

利用凹凸棒土的独特结构和优异的吸附性能，一方面可增大纳米铁与硝酸盐接触的比表面积，另一方面可防止纳米铁颗粒成团，提高硝酸盐的去除效果。

并且将这种纳米颗粒与反硝化细菌耦合，消耗复合材料中的纳米铁产生的 H2，解决了脱硝产物氨氮比例过高和反硝化作用缺少电子供体这两方面的问题。

此外，蒙脱石、累托石、膨润土、高岭石、沸石、海泡石和石墨烯等都常用作载体来负载零价纳米铁[17]。

也可以通过将氧化还原电位高的金属(Pd、Ni、Pt、Ag、Co、Cu、Ti等)沉积在
纳米零价铁的表面以形成双金属体系，利用其在反应中能与铁形成微电池效应，加速铁的氧化，充当电子传递和氢化作用的催化剂，使体系具有更快的反应速率。

Cai 等采用金属镍与纳米零价铁形成双金属颗粒，并引入高岭土作为载体，合成新型的高岭土负载纳米铁镍材料(Kaolin-Fe/Ni)[18]。

不仅可以加快硝酸盐的去除速率，同时还能对水环境中的重金属离子有很好的去除效果。

有研究表明，在纳米铁双金属体系中，Pd比其他金属(Ni、Pt或Cu)具有更高的催化活性，并且已被证
明对亚硝酸盐还原最具选择性[19]。

Shi等采用液相还原法制备了纳米Pd/Fe粒子，并考察了不同的Pd负载率和pH对硝酸氮去除速率的影响[8]。

实验结果表明，5 min内硝酸氮的去除率达到90%以上，去除率随着时间的推移缓慢增加，而单独
的零价纳米铁在相同条件下受团聚的影响，降解程度很低。

当Pd负载量从2%增
加到6%，氮气占比从36.8%增加到68.2%，在8%Pd负载量下获得最高的氮气(69.2%)。

为了提高氮气的生成比例，LubPHoo通过化学还原合成Pd-Cu-NZVI
三金属体系，并进行批量实验测试其对硝酸盐去除的效果[20]。

实验结果显示，铜的加入提高了材料的稳定性和抗氧化性，当Pd和Cu的负载量为10%，质量比为2∶1时，Pd-Cu-NZVI显示出优异的氨抑制。

在另外一项研究中，Zeng等探究
了丝光沸石、Y型沸石以及ZSM-5沸石等不同类型沸石负载Pd-Cu-NZVI对硝酸
盐的去除效果以及还原硝酸盐过程中对氮气的选择性的能力[21]。

实验结果显示，初始硝酸盐浓度200 mg/L，在20 min后溶液中未检测到亚硝酸盐，并保持着高硝酸盐还原性和对N2的选择性。

在酸性pH值为3.0时，硝酸盐去除率均达到97%以上。

即使在碱性pH 9.0下，仍保持高水平的硝酸盐去除率(>94%)。

用封端剂或碳基氧化物涂覆NZVI是增强硝酸盐还原的另一种方法。

涂层可以防止纳米颗粒团聚并增加纳米颗粒的物理化学稳定性。

Motamedi使用二维石墨烯涂
覆NZVI形成新型功能性纳米颗粒用于从水中除去硝酸盐[22]，不仅具有较大的比表面积，而且纳米片的两面都是可利用的，有较高的有效利用率。

在5 mg/L硝酸盐的水样中，纳米颗粒去除了99%的硝酸盐。

并且由于石墨烯的磁性，硝酸盐去
除后的纳米粒子可以通过磁分离容易地从溶液中分离。

近年来，有学者利用高抗氧化能力茶叶和桉树叶的提取物简便的一步式合成铁纳米颗粒GT-Fe和EL-Fe NPs[23]。

与化学合成的NZVI相比，绿色合成纳米颗粒中
的聚集体较少，这主要归因于植物提取物中存在多酚或抗氧化剂作为封端剂。

批量实验表明，GT-Fe和EL-Fe NPs去除硝酸盐的能力稳定性强。

但经空气老化2个
月后，GT-Fe和EL-Fe NP去除能力几乎保持不变，而NZVI的去除能力下降了2.1倍。

GT-Fe和EL-Fe NPs的稳定性、成本效益、简便的合成方法、生物降解性、环保特性以及在我国福建大量存在，已被证明在废水处理中的相对较好的性能。

将来可以作为用于开发富营养化水后补的潜在绿色技术，特别是在大规模环境中。

而在另外一项研究中，An开发了纳米铁一反硝化菌复合体系[24]。

利用反硝化细
菌中氢化酶的存在改变纳米铁的反应选择性，使其更倾向于和水作用释放出H2，而非与硝酸盐发生氧化还原反应。

但反应时间会延长，纳米铁一反硝化菌复合体系6 d内可以将50 mg/L硝酸盐完全去除，其中仅有7%左右转化为氨氮，脱氮产物几乎全部为气态氮，水体中不含任何有毒脱氮副产物。

反硝化细菌的数量随着时间的增加在不断地增加，活性不断增强。

3.1.2 其他纳米颗粒除 NZVI外，不同类型的金属和金属合金纳米颗粒也被研究证明可用于硝酸盐的去除。

大量研究发现，Pt纳米粒子表现出对硝酸盐具有优异的还原性能，但其取决于Pt
纳米颗粒的形式和尺寸。

Wang等通过电沉积合成铂纳米颗粒Pt(100)和Pt(110)，在溶液中使用循环伏安法，使硝酸盐浓度保持在50 mmol/L，扫描速率为 50
mV/s。

在较高的扫描速率下，与Pt(110)相比，Pt(100)纳米颗粒显示出更高的硝酸盐去除效率[25]。

Amit等评估了纳米氧化铝的吸附可行性[26]。

实验结果显示，当硝酸盐浓度从10～20 mg/L时，纳米氧化铝展现出对硝酸盐良好的吸附效果。

当水溶液的pH为4.4时，硝酸盐的去除效率最佳。

但水中存在Cl-和等阴离子会
干扰纳米氧化铝对硝酸盐的吸附，去除效率降低至40%～45%。

为了提高各种反应中H2的利用效率，Ding利用HCOOH作为催化还原硝酸盐的还原剂前体，将Pd-Ag合金纳米颗粒加载到表面经胺基修饰的SiO2，研究其对
硝酸盐的去除效果。

其中甲酸可以通过贵金属催化剂分解成H2和CO2，这使其
成为原位H2来源，可以提高各种反应中H2的利用效率。

同时产生的二氧化碳可以作为缓冲剂来稳定硝酸盐催化还原中的溶液pH值。

实验结果显示，表面氨基改性的SiO2作为载体的Pd-Ag合金纳米颗粒大大提高了其硝酸盐还原效率，性能
优于Pd-Cu合金。

另外，Pd∶Ag的比例对硝酸盐去除也起着至关重要的作用[27]。

硝酸盐去除也可以通过光催化还原来实现。

其中，纳米半导体二氧化钛颗粒不仅具有优异的光催化性质，还具有很高的化学稳定性、热稳定性、超亲水性、非迁移性和无毒性，可作为光催化还原硝酸盐的优良催化剂。

Shaban等使用碳改性的钛电极作为光催化剂，研究其除去水中的硝酸盐能力[28]。

在Shaban的研究中，以异丙氧基钛为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备了C/TiO2纳米颗粒，以确保这些纳米
颗粒中没有碳。

使用甲酸作为牺牲电子供体，防止电子空穴复合。

在没有C/TiO2
纳米颗粒的情况下，没有发生硝酸盐还原，但随着催化剂浓度的增加，还原性能有所提高。

溶液的pH值在硝酸盐还原中也起着至关重要的作用。

在低pH下，硝酸盐还原量急剧增加，而在高pH下，由于静电排斥作用引起的吸附不足，硝酸盐还原量相对较小。

甲酸浓度随着硝酸盐还原速率随浓度的增加而增加。

但当甲酸浓度为0.05 mmol/L时，硝酸盐还原率降低。

总体上，当催化剂的用量为0.5 g/L时，在pH为3的溶液中，甲酸浓度为0.04 mmol/L时，硝酸盐的去除率最大。

3.2 碳纳米管
碳纳米管(CNTs)是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，由于其
突出的化学、物理、电子和结构特性，已成为碳纳米材料中最受欢迎的吸附剂，已被广泛用于染料、重金属和其他类型有机和无机污染物的去除。

通过对碳纳米管表面改性，增强其吸附性能，可以非常有效地用于硝酸盐的去除。

Tofighy等通过化学气相沉积法合成了具有高柔韧性、在洗涤和干燥过程中不易破裂的碳纳米管，并在室温下分别利用浓硝酸和液氨对碳纳米管官能化[29]。

结果表明，官能化的碳纳米管对硝酸盐吸附量显著增加，吸附容量分别为142.87，
90.90 mg/g，吸附显示与Langmuir和Freundlich等温线模型吻合较好。

利用
二级动力学模型拟合了硝酸盐在官能化碳纳米管上的吸附动力学数据，表明其吸附能力与其比表面积不直接相关，但强烈依赖于它们的表面官能团含氮和含氧基团。

文献报道，氧化不仅可以提供更亲水的表面结构，而且可以提供更多数量的酸性官能团，并且这些官能团的氧原子增加了碳纳米管的阳离子交换能力。

另一方面，碳纳米管的酸处理倾向于在碳纳米管表面上产生正位点，通过表面羟基的质子化并且增加了阴离子的静电吸附。

含氮基团的加入改善了碳纳米管表面的碱性。

碳纳米管的碱性增强促进阴离子的吸附。

因此，表面官能化改性的硝酸盐的去除主要受化学吸附控制。

但在吸附过程之后，在没有离心过程的情况下，仅通过过滤分离难以从处理过的水
中完全除去碳纳米管粉末，过滤器可能被碳纳米管快速阻塞。

随着碳纳米管毒性的积累，其一旦释放到环境中，就会严重关注它们的健康和环境风险。

Alimohammadi通过在碳纳米管表面化学沉积Fe3O4，制备了易于磁分离、防止二次污染的磁性碳纳米管(MMWCNTs)，研究了pH和D/C比率(污染物初始浓度与吸附剂用量之间的比率)对MMWCNTs去除硝酸盐的影响[30]。

实验结果显示，在较低的pH值下，硝酸根离子与磁性碳纳米管之间的静电排斥作用较小，硝酸根的吸附量增加。

其中，D/C比为40，pH为4，硝酸盐去除率达到97.15%，MMWCNTs的吸附容量为183.11 mg/g。

3.3 纳米纤维
纳米纤维主要由静电纺丝制成，是直径<100 nm 的纤维，具有极大的比表面积(是普通微米纤维的1 000倍)、优异的可调节功能和大孔隙率(高达80%以上)，容易
结合到任何载体或介质上。

并且，纳米纤维长度非常长(如果不中断该过程，可以
长达数百公里)，易于从环境中分离，被认为是最安全的纳米材料之一。

随着技术
进步，多重喷射电纺丝和电吹气等可以大规模生产纳米纤维的技术的出现使纳米纤维用于气体和液体中污染物的去除显示出巨大的潜力。

壳聚糖纳米纤维的高比表面积和微孔是纳米纤维吸附剂高效率的主要原因，已广泛用于硝酸盐去除。

壳聚糖作为一种生物可降解、生物相容且无毒的聚合物，主要由D-氨基葡萄糖和N-乙酰基-D-氨基葡萄糖组成，通过甲壳素(β-N-乙酰基-D-氨基葡萄糖聚合物)的脱乙酰化反应形成。

由于氨基官能团的存在，在硝酸盐吸附方面
具有很高的潜力。

在一项研究中，利用壳聚糖静电纺丝纳米纤维用作固定藻类细胞的载体材料[31]。

藻类细胞不仅可以处理水，而且可以产生可用于生产生物燃料的藻类生物质，因此在废水污染物处理中得到广泛应用。

研究表明，利用壳聚糖纳米纤维的物理化学吸附作用，当硝酸盐初始浓度为30 mg/L时，废水中87%的硝酸盐被去除，后期残留的硝酸盐则被用于藻类细胞代谢复制，产生更多的生物质和能
源产品。

近来，有机、无机材料被引入到纳米纤维中，用以改善壳聚糖化学和机械稳定性差的问题。

Bozorgpour等合成了壳聚糖-Al2O3-Fe3O4复合材料，利用电纺丝法制备了纳米复合纤维吸附剂，测试其对硝酸盐去除性能的研究。

实验结果显示，纳米纤维的硝酸盐吸附容量达160.70 mg/g。

另外，在较低的pH值下，官能团、胺基和羟基发生质子化，对硝酸盐的吸附量增加。

另外，硝酸盐的吸附量随着硝酸盐初始浓度的增加和温度的降低而增加。

通过方差分析估算了吸附剂用量与硝酸盐初始浓度的关系，所得到的R2值高于0.98，表明纳米纤维去除硝酸盐的效率具有很好的可靠性。

但由于吸附剂上的活性位点可能存在竞争，硫酸盐、氟化物、氯化物等阴离子浓度的增加对硝酸盐的去除产生负面影响[32]。

在其他研究中，也可以通过加入PVA[33]、PEO[34]、羟基磷灰石[35]、SiO2[36]和TiO2[37]颗粒制备壳聚糖复合材料，可以提高壳聚糖去除水体系中污染物的效率。

Sowmya和Meenakshi制备了壳聚糖-三聚氰胺-戊二醛三元共聚物，用于去除水中的硝酸根和磷酸根阴离子[38]。

在最新的研究中，Sowmya和Meenakshi 还评估了质子化壳聚糖、胺化壳聚糖和羧化壳聚糖珠子去除硝酸盐和磷酸盐的性能[39]。

3.4 纳米壳
纳米壳以各种不同尺寸绝缘体介质作为核，外层由薄金属膜覆盖。

SiO2-FeOOH-Fe核纳米壳已用于硝酸盐去除[40]。

Ensie通过还原的方法将NZVI固定在SiO2-FeOOH 核上，增加了NZVI的稳定性并防止了反应介质中的聚集。

硝酸盐的去除百分比随着接触时间和纳米结构浓度的增加而增加。

将NZVI 的量加倍后，纳米壳的硝酸盐去除效率从69%增加到86%。

低pH更有利于其对硝酸盐的去除，在pH 3下，在64 mg/L硝酸盐浓度下硝酸盐去除率最高，可达99.84%。

经3 min 的超声波处理，纳米壳的量增加到2倍。

3.5 纳米团簇
纳米团簇由许多相同类型的原子聚集在一起组成，具备很多传统纳米结构如纳米颗粒、纳米管所没有的奇特性质，如荧光、力学、超导、磁性、氧化还原等，使其在催化、光电、生物医药、精细化工和军工国防等诸多领域具有非常广泛的应用前景。

研究表明，铁纳米团簇已被用于硝酸盐去除研究。

Jin等在乙醇-水溶液中，利用KBH4作为还原剂，PEG作为分散剂和稳定剂，还原水相亚铁溶液制备了球状纳
米铁团簇(HNZVI)[41]。

通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、电感
耦合等离子体原子发射分光光度计(ICP-AES)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面积分析仪对其结构、组成和物理性质进行了表征。

HNZVI尺寸均匀，平均直径
仅为80 nm，表面积达到54.25 g/m2，周围颗粒的空隙中长成晶须。

研究发现在环境温度下实现了硝酸盐的快速和完全脱氮，初始浓度为80 mg/L硝酸盐在30 min内被完全去除，pH对硝酸盐最终去除率的影响微不足道。

HNZVI含量越大，反应速率和效率越高。

另外，在相同的HNZVI含量下，反应速率会随着初始硝酸盐浓度的增加而增加。

在该研究中，利用乙醇-水溶液代替使用水作为单一制剂，
产物中硼的含量非常低。

避免了硼掺入最终产品中，对人和动物产生不利影响。

3.6 纳米复合材料
纳米复合材料指的是至少一维<100 nm的复合材料。

由于纳米尺度效应、大比表面积、强界面相互作用和独特的物理化学性质，相对于料比相同组成的常规复合材料，纳米复合材料具有更好的物理化学性能，并可以制备磁性、内压、光吸收、高热膨胀系数和化学活性等各种功能复合材料。

金属基、聚合物基、石墨烯基和磁性等纳米复合材料已广泛应用于环境中污染物的去除[42-44]。

近来研究表明，已经
开发了几种壳聚糖基纳米复合材料用于硝酸盐去除。

Rajeswari制备了聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)壳聚糖复合材料，研究其用于水中硝酸盐的去除能力[45]。

实验结果显示，将0.1 g的复合材料加入pH值为3、
初始硝酸盐浓度为10 mg/L的溶液中，接触时间为40 min，PEG/壳聚糖对硝酸
根的吸附量为50.68 mg/g。

PVA/壳聚糖对硝酸根的吸附量为35 mg/g。

在不同温度下，△G为负，表明硝酸盐吸附的自发性质。

Teimouri通过改变壳聚糖(CTS)与沸石/纳米锆的摩尔比，制备了壳聚糖/分子筛Y/纳米氧化锆(CTS/ZY/纳米
ZrO2)纳米复合材料以达到去除硝酸盐的效果[46]。

硝酸盐的吸附高度依赖于CTS 与沸石/南锆的摩尔比、pH和温度。

CTS与沸石/纳米锆摩尔比为5∶1，pH为3，温度为35 ℃，接触时间为60 min时，硝酸盐去除率最高。

Babaei采用沉淀法在水溶液中合成了壳聚糖-聚苯乙烯-Zn纳米复合材料[47]。

该纳米复合材料即使在
少量时也从25 mL溶液中除去90%的硝酸根离子。

初始硝酸盐浓度和pH分别保持在10 mg/L和3。

在固定床柱实验中除去了82.5%的硝酸盐。

相同的条件下，
与HCl活化的氧化锌纳米颗粒相比，壳聚糖聚苯乙烯-Zn纳米复合材料显示出优
异的硝酸盐去除能力。

Jiang成功地合成了铁-锆-壳聚糖(Fe3O4/ZrO2/CS)复合材料，该复合材料对水溶液中硝酸根具有较强的吸附能力。

硝酸盐的最大吸附容量为89.3 mg/g，这种纳米复合材料也显示出对水中其他污染物有良好的去除效果[48]。

除了用于去除硝酸盐的壳聚糖基纳米复合材料外，Nodeh还制备了掺杂纳米级镧
水合物的磁性石墨烯纳米复合材料，用于吸附污水和河流样品中的硝酸根离子[49]。

在带负电荷的石墨烯片上掺杂带正电荷的水合氧化镧离子克服了硝酸根离子与复合材料之间的静电排斥。

将间歇吸附动力学数据拟合到Langmuir 线性模型中，得
到硝酸盐在pH 6～8时的吸附容量为138.8 mg/g。

共存离子的存在，如Na+、
K+、Ca2+、Zn2+对硝酸盐的吸附能力没有影响。

4 总结与展望
大量研究表明，与传统技术相比，纳米技术是一种更高效、更清洁和更节能的去除硝酸盐的合适替代技术。

高表面积、易于合成的路线、高催化活性和良好的导电性的纳米材料诸如纳米颗粒、纳米管、纳米纤维、纳米壳、纳米团簇和纳米复合材料。