纳米零价铁复合材料还原Cr(Ⅵ) 过程中的去钝化技术研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、研究背景

近年来，铬作为一种重要的工业材料，在冶金、制革、电镀、涂料、墙纸、纺织、印染建材^[1]等多个行业领域得到广泛应用，但这些行业排放的废水和废气往往也成为环境中的主要污染源。铬在自然界中最常见的形式是三价铬和六价铬，不同的环境条件下，三价铬与六价铬之间互相转换：一般在好氧环境下，以六价铬的形式存在， 如 Cr₂O₇^2- 、CrO₄^2-和HCrO₄^-，具有高溶解性和迁移性；反之，则以三价铬的形态存在。而不同形态、 温度、价态的铬对人体的影响迥异，其中六价铬对生物体的毒性为三价铬的1000倍^[2]。对于人类来说，六价铬容易被吸收，可通过呼吸道吸收空气中不同浓度的铬酸酐引起不同程度的沙哑、鼻粘膜萎缩，严重时还可使鼻中隔穿孔和支气管扩张等；经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼；经皮肤侵入时会产生皮炎、湿疹或过敏，长期接触更可能造成遗传性基因缺陷，甚至致癌^[3]。从大气、水、土壤中普遍检出铬及其化合物的存在,由于生物富集作用,在动植物体内的残留和积累也相当高，对环境有持久危险性^[1]。

目前，已有去除Cr(Ⅵ)的技术有处理方法一般可分为物理法(吸附法、离子交换、膜滤法) 、化学法( 化学沉淀过滤、混 凝、化学氧化还原、电化学法) 和生物法( 植物修复技术) 等^[4-8]。但是单纯的物理或化学法有很大的局限性：物理吸附容量有限，难以大规模使用；化学处理需要消耗大量的试剂和能量，处理效率不稳定；生物修复技术则修复时间长，且存在添加营养盐、生物安全性等问题，目前研究最多的植物修复技术，因耐重金属植物与超富集植物大多分布在国外，应用受到了限制。因此，物理吸收与化学还原相结合是解决上述问题的一种有效而经济的方法。其中离子交换法具有自动化程度高,出水水质好, 效果稳定,能回用金属和水等优点，已引起国内外很高的重视。

纳米技术，也称毫微技术，是运用单个原子、分子制造物质，研究结构尺寸在1至100nm范围内材料的性质和应用的科学技术。纳米材料是一种人工制造的新型物质，在工业制造、国防建设、环境监测、光学器件和平面显示系统等领域有广泛的用途，对21世纪的科技发展具有重要作用，其应用前景引起人们极大的关注。

纳米零价铁（nZVI）是一种高效、快速、经济的土壤及地下水污染修复材料，具有比表面积大、比表面积分析(BET)结果为35 m²·g ^－1,反应活性高、价格低廉、环保无毒，可修复多种环境污染物等优点，可以有效地去除一系列常见的环境污染物，其中包括金属：镉、砷、钴、锌、铜等；非金属无机物：硝酸盐、溴酸盐、高铝酸盐等；氯代芳香烃：多氯联苯、对氯苯酚、聚氯联苯等；氯代脂肪烃：氯化甲烷等；以及染料、有机氯农药等，对于环境修复和污染治理有很好的应用前景，这也引起了世界各国的广泛关注^[9-10]。但是纳米零价铁极易团聚,空气稳定性差，使得其活性受到抑制，导致反应效率较低^[11]。为了解决纳米零价铁的团聚问题，目前已使用碳胶体、膨润土、离子交换树脂、硅酸钙、羧甲基纤维素等材料来支撑纳米零价铁^[12-16]。其中，离子交换树脂具有丰富的多孔结构、优异的化学稳定性和机械强度，且价格低廉，易于回收，是一种理想的负载材料。有研究表明,由于纳米零价铁具有强还原性，暴露在大气的过程中很容易被氧化成铁氧化物 Fe₂O₃或Fe₃O₄，导致零价铁活性表面易被氧化形成氧化膜，或被释放的铁离子形成的氢氧化物覆盖从而产生钝化，限制了该技术的大规模应用发展 ^[17]。由此可见，零价铁的老化已经成为该技术的局限性。同时，以往的研究大多集中在零价铁与污染物反应过程中不同影响因素的影响。对于减缓零价铁的钝化以及提高其利用效率方面的研究，人们研究相对较少且涉及不深。

二、研究目标

虽然纳米零价铁颗粒的合成技术已经成熟，纳米零价铁颗粒去除受污染水体中重金属的效能也明显优于其它技术，在相当长时间内会对重金属污染物发挥去除作用。但目前将纳米零价铁大规模应用于实际工程修复还存在一些限制性条件: 首先，纳米零价铁成本较高; 其次，目前关于老化纳米零价铁对重金属的去除机理尚处于讨论阶段，实际应用中对于纳米零价铁颗粒的老化程度、投加量等的条件确定有待研究。在此基础上，我们提出将以大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂(D201)作为负载材料采用离子交换-液相还原法固定nZVI。通过调节还原剂的浓度(KBH₄),制备四种不同铁分布复合材料(D201-ZVI),观察在不同影响因素条件(如阳离子、阴离子、初始pH值、浓度等因素)下老化D201-ZVI去除Cr(Ⅵ)过程中去钝化的效果。与此同时,我们将初步探讨老化D201-ZVI去除Cr(Ⅵ)过程中的去钝化机制,从而为纳米零价铁的实际应用提供重要的参考意义。

三、研究内容

前期准备：购买药品及相关的实验仪器，采用离子交换-液相还原法通过调节还原剂的浓度(KBH₄),制备四种不同铁分布复合材料(D201-ZVI)。