纳米零价铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的研究进展

农业资源与环境学报2015年12月·第32卷·第6期：525-529December2015·Vol.32·No.6：525-529Journal of Agricultural Resources and Environment随着铬盐生产、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉和施用污泥等农业活动的进行，六价铬（Cr（Ⅵ））不断进入土壤中，对土壤环境造成了污染。

根据国家环保部和国土资源部2014年4月17日公布的《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤重金属总超标率为16.1%，其中铬污染物点位超标率为1.1%。

土壤受Cr（Ⅵ）污染后，不仅会影响作物产量及品质，并且会通过食物链进入人体而危害人体健康。

因此，如何有效修复Cr（Ⅵ）污染土壤一直是国内外学者的研究重点。

近年来纳米零价铁已日渐成为Cr（Ⅵ）污染土壤修复的研究热点。

纳米零价铁（Nanoscale zero-valentiron，nZVI）是指粒径在1~100nm范围内的零价铁颗粒[1]，由于其具有粒径小、比表面积大、表面活性高及还原能力强等优点[2]，已日渐用于Cr（Ⅵ）污染土壤的修复中。

研究表明，nZVI修复Cr（Ⅵ）污染土壤的途径是与Cr（Ⅵ）发生反应，将高毒性、高活性的Cr（Ⅵ）还原为低毒性、低流动性的Cr（Ⅲ），降低其在土壤中的迁移性及生物可利用性。

本文概述了nZVI修复Cr（Ⅵ）污染土壤的最新纳米零价铁修复Cr（Ⅵ）污染土壤的研究进展苏慧杰1，2，3，方战强1，2，3*（1.华南师范大学化学与环境学院，广东广州510006；2.广东省水环境生态治理与修复工程技术研究中心，广东广州510006；3.广东高校城市水环境生态治理与修复工程技术研究中心，广东广州510006）摘要：随着铬盐生产、金属加工、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉和施用污泥等农业活动的进行，六价铬（Cr（Ⅵ））不断进入土壤中，严重污染土壤环境。

纳米零价铁由于其比表面积大、反应活性高及还原能力强等优点，已日渐用于Cr（Ⅵ）污染土壤的修复中。

本文概述了纳米零价铁修复Cr（Ⅵ）污染土壤的最新研究进展，总结了主要修复机理及影响因素，最后指出了纳米零价铁修复Cr（Ⅵ）污染土壤的发展前景及研究方向。

关键词：纳米零价铁；Cr（Ⅵ）污染土壤；修复；还原；固定中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：2095-6819（2015）06-0525-05doi:10.13254/j.jare.2015.0141Research Progresses on Remediation of Hexavalent Chromium-contaminated Soil by Nanoscale Zero-valent IronSU Hui-jie1，2，3,FANG Zhan-qiang1，2，3*（1.School of Chemistry and Environment,South China Normal University,Guangzhou510006,China;2.Guangdong Technology Research Center for Ecological Management and Remediation of Water System,Guangzhou510006,China;3.Guangdong Technology Research Center for Ecological Management and Remediation of Urban Water System,Guangzhou510006,China）Abstract:With the development of industrial and agricultural activities,hexavalent chromium（Cr（Ⅵ））has been widely detected in soil,espe-cially in sites associated with chromate production,metal processing,electroplating,leather tanning,sewage irrigation and sludge fertilization. Nanoscale zero-valent iron（nZVI）has been widely used in the remediation of Cr（Ⅵ）-contaminated soil due to its large specific surface area, high reactivity and reducing capability.This paper presented the latest development of nZVI technology in the remediation of Cr（Ⅵ）-contam-inated soil,and summarized the main mechanisms and its associated influencing factors.In addition,the development prospect of this tech-nology was pointed out.Keywords:nanoscale zero-valent iron（nZVI）;Cr（Ⅵ）-contaminated soil;remediation;reduction;immobilization收稿日期：2015-06-02基金项目：广东高校城市水环境生态治理与修复工程技术研究中心建设项目（2012gczxA005）；广东省水环境生态治理与修复工程技术研究中心项目（2014B090904077）作者简介：苏慧杰（1992—），女，硕士研究生，研究方向为重金属铬污染土壤的修复。

E-mail:1061840096@*通信作者：方战强E-mail:zhqfang@农业资源与环境学报·第32卷·第6期表1nZVI 改性前后修复Cr （Ⅵ）污染土壤的效果对比Table 1Comparison of removal efficiencies of hexavalent chromium in soil between modified nano iron and nano iron修复材料nZVI 用量Cr （Ⅵ）含量修复效率参考文献nZVI0.15g ·L -110mg ·L -1修复1h 时，nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率为52%，而CMC-nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率达到100%[13]CMC-nZVI 0.15g ·L -110mg ·L -1nZVI 1.5%W ·W -1100mg ·kg -13h 时nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率为67.3%，而淀粉修饰nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率达到100%[18]淀粉修饰nZVI 1.5%W ·W -1100mg ·kg -1nZVI 0.27g ·L -1100mg ·kg -1nZVI 完全去除Cr （Ⅵ）修复时间为3h ，而CMC-nZVI 完全去除Cr （Ⅵ）仅需1h [19]CMC-nZVI 0.09g ·L -1100mg ·kg -1nZVI 0.4g ·L -140mg ·L -1修复3h 时，nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率为65.45%，而硅砂负载nZVI 对Cr （Ⅵ）的去除率达到88%[20]硅砂负载nZVI0.4g ·L -140mg ·L -1研究进展，总结了目前nZVI 处理Cr （Ⅵ）污染土壤的主要修复机理及影响因素，最后指出了nZVI 修复Cr （Ⅵ）污染土壤的发展前景及研究方向。

1nZVI 修复Cr （Ⅵ）污染土壤的研究1.1研究进展nZVI 因其优越的吸附性能、较强的还原活性，已日渐用于Cr （Ⅵ）污染土壤的修复中。

如Cao 等[3]用nZVI 修复铬矿渣，研究结果表明，1g nZVI 能还原69.3~72.7mg Cr （Ⅵ）；Singh 等[4]用nZVI 修复铬污染土壤，结果表明，5g ·L -1的nZVI 经50d 修复后，Cr （Ⅵ）去除率达到99%。

虽然nZVI 在修复Cr （Ⅵ）污染土壤的应用日益增多，但由于nZVI 自身存在着不足[2]，导致实际修复中还存在以下问题：（1）nZVI 具有磁性，易团聚成较大颗粒，会降低反应的比表面积，导致修复效果的降低；（2）nZVI 在与Cr （Ⅵ）反应过程中，易与周围环境介质（H 2O ，O 2）反应生成钝化层，导致其活性降低；（3）nZVI 团聚后，其粒径较大，不易穿过土壤孔隙进行修复，进而流动性较差；（4）nZVI 具有生物毒性，进入土壤介质后，不易回收再利用，具有引起二次污染的风险；（5）nZVI 修复Cr （Ⅵ）污染的土壤，会造成土壤板结且释放过量铁离子引起二次污染等，不利于土壤的再利用及植物的再生长。

为提高nZVI 的稳定性及反应活性，近年来的研究方向主要是对nZVI 进行改性，以使nZVI 修复Cr （Ⅵ）污染土壤的潜力得到充分的发展。

目前，nZVI 的改性技术以表面修饰法和载体法为主。

表面修饰法是指在制备过程中，通过表面活性剂等高分子物质（如淀粉[5]、壳聚糖[6]、羧甲基纤维素（CMC ）[7]、聚乙烯吡络烷酮（PVP ）[8]及聚丙烯酸（PAA ）[9]等）对nZVI 的表面进行改性，通过提高颗粒之间的位阻或者增加颗粒间的静电排斥力而使nZVI 颗粒保持在较小的粒径范围内，进而提高颗粒的分散性及稳定性[10-11]，达到对土壤中Cr （Ⅵ）的有效去除。

例如Xu 等[12]用CMC 对nZVI 进行修饰，可以显著提高nZVI 的稳定性、反应活性及其在土壤中的流动性，从而对Cr （Ⅵ）的去除效率明显提高。

Wang 等[13]利用CMC 对nZVI 进行修饰，得到悬浮力高、活性稳定的纳米颗粒，通过沉降实验，发现纳米颗粒在15d 后仍然有良好的反应活性。

载体法是指将nZVI 负载于功能性材料上，利用载体表面的基团或者孔道来防止纳米零价铁的团聚。

目前常用的功能性材料主要有硅藻土、蒙脱土、炭基材料、二氧化硅等[14-15]。

Li 等[16]用硅砂负载nZVI ，并用于修复Cr （Ⅵ）污染土壤，结果表明，硅砂能提高nZVI 在土壤中的流动性，达到对Cr （Ⅵ）有效的去除。