纳米零价铁的合成与修饰研究进展

背景介绍纳米零价铁（NanoscaleZero-ValentIron，nZVI）是粒径在1～100nm左右的零价铁粒子，具有良好的吸附性和还原性，在水体污染治理领域具有良好的应用潜力。nZVI的磁性和高表面能导致其易于团聚和钝化，降低比表面积和反应位点数量。为了克服这些问题，近年来研究者们通过开发了多种合成和修饰方法，用来提高nZVI的性能和反应活性。因此，总结nZVI的合成方法与修饰方法对于推动nZVI在水体污染治理领域的应用具有重要意义。

文章亮点1.本文总结了近年来报道的nZVI的合成方法和多种修饰方法，包括物理合成法、化学合成法、生物合成法，以及表面修饰、负载、金属修饰、硫化修饰、乳化修饰和微生物联用等修饰方法；2.通过对各种方法的特点和优势进行总结，展望了nZVI的合成与修饰方法的发展方向，为今后nZVI的高效制备和水污染治理领域的广泛应用提供了重要参考。内容介绍1

nZVI的合成根据合成原理的不同，nZVI的合成方法可以分为物理合成法、化学合成法和生物合成法，如图1所示。图1

nZVI的合成方法Fig.1

Syntheticmethodsof

nZVI1.1

物理合成法物理合成法[8]主要通过摩擦、冲击和研磨等机械加工工艺或将铁粉气化后急速冷却凝华等物理方法降低零价铁粉的粒径制备nZVI，包括精密球磨法、电导爆炸法、气相沉积法和深度塑性变形法。1.2

化学合成法化学合成法的合成路线简单，反应速度快，制备的nZVI具有纯度高、活性高、尺寸小且均匀的特点，是目前最广泛被采用的nZVI合成方法。常见的化学合成法制备nZVI，如表1所示。1.3

生物合成法生物合成法主要利用植物提取物或微生物还原铁离子合成nZVI，可分为植物合成法和微生物合成法。植物合成法是指利用从植物中提取的具有还原性的成分，如多酚、糖、生物碱、酚酸和辅酶等，还原Fe2+或Fe3+合成nZVI的方法。微生物合成法是指利用培育微生物产生的生物质或酶促反应还原铁离子合成nZVI的方法，得到的nZVI多表现为单分散的纳米粒子。2

nZVI的修饰2.1

表面修饰表面修饰是利用表面修饰剂降低粒子间的作用力来减少nZVI聚集的一种修饰方法。表面修饰剂的引入能够提高nZVI在水中的分散性和在多孔材料中的迁移性。2.2

负载将nZVI均匀地负载于载体内部或表面可以提高其分散性和稳定性，并避免其聚集和钝化，是一种常用的nZVI修饰方法。常见的nZVI表面修饰和负载方法列于表2。2.3

金属修饰金属修饰通过掺杂将金属元素修饰在nZVI表面形成Fe-金属纳米粒子。钯、镍、锌、金、银、铂、铜等多种金属元素均可以用于修饰nZVI。修饰后的金属覆盖在nZVI表面，不仅能够防止nZVI的钝化，还可以作为催化剂降低还原反应的活化能。2.4

硫化修饰硫化修饰利用硫化剂在nZVI表面发生硫化反应，形成FeS包覆的S-nZVI。常用的硫化剂有硫化钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠等。表面覆盖FeS不仅可以防止nZVI钝化，还能够促进电子在污染物与nZVI之间的转移，提高污染物的清除率。2.5

乳化修饰乳化修饰是利用吐温80、吐温60、表面活性剂和植物油混合的乳化油等乳化剂包覆nZVI的一种修饰方法。乳化剂在nZVI表面形成的疏水膜可以隔绝氧气，避免nZVI表面形成钝化层。3

结论综上所述，无论是物理、化学还是生物合成方法都可以有效的合成nZVI。物理合成方法操作简便、环境友好，但受限于合成设备的专业性和较为严格的合成条件。相比之下，化学和生物合成法操作更为简便、灵活，反应条件可控，合成的nZVI尺寸更均匀，为nZVI的合成提供了更多的选择。无论哪种方法合成的nZVI都可能因团聚或钝化而影响其表面结构，需要进一步的修饰以维持其化学活性。随着水体修复技术的发展，建立高效、环保、简便的nZVI合成与修饰方法，将是未来研究的基础和重点。对于nZVI的合成研究，应致力于实现粒径与形貌的精细调控。通过深入探究合成方法和合成条件对nZVI结构与性能的影响，进一步优化制备过程，提高nZVI的活性。对于修饰方法的研究，应注重多种修饰方法的联用，提高nZVI对重金属、农药、抗生素和染料等污染物的吸附选择