纳米零价铁为处理水中重金属和含氯有机物污染提供了新途径。《包裹型纳米零价铁的制备与应用》主要介绍了水中重金属和含氯有机污染物的现状，纳米零价铁的性能及应用状况；流变相反应在制备纳米材料中的应用；包裹型纳米零价铁的制备与表征；重点介绍了包裹型纳米铁在处理水中重金属和含氯有机物以及复合污染物中的还原反应的机理、影响因素等；多孔陶粒负载纳米零价铁处理含磷废水等内容。本书可供从事环境科学与工程、材料工程、化学和化工等专业的高校师生使用，也可供从事环境污染治理和材料研究等相关领域的科研人员和技术人员参考。

纳米零价铁具有较好的吸附性能和还原活性，对废水中有毒重金属的修复治理有很大的改善作用，因此，广泛应用于废水中重金属的去除。本书不仅介绍了纳米零价铁在环境中的应用，包括重金属修复和去除含氯有机物方面；而且详细讲解了纳米零价铁的制备的机理、方法和表征，重点给读者分享了纳米零价铁去除水中重金属和含氯有机物的应用，然后分享了纳米零价铁去除染料废水的机理和应用。

随着世界经济的全球化，环境污染也日益呈现出国际化的趋势，全球性的环境污染和能源短缺引起了世界各个国家的广泛关注。种类繁多、有毒且难降解的污染物严重威胁着人类的身体健康与生存环境。其中，水资源污染、短缺给经济的可持续发展带来了严重的影响，而重金属废水又是最大的污染源之一。重金属毒性强、不可生物降解而且可在水体或动植物中富集，目前已经严重威胁着环境。重金属废水存在于各个行业中，如金属加工、电镀、塑料以及颜料的制备等生产过程中，未经处理的重金属废水排放给环境和人类生活带来严重的威胁。因此，有毒重金属废水的修复治理迫在眉睫。水体的有机物污染在我国也很严重，有些水域环境的污染甚至已经威胁到人们身体健康及工农业生产。含氯有机物在水体中常见的二十多种有机污染物中占了将近一半，其中三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）是最常见的有机污染物。由于疏水性和难降解的特点，TCE能在生物圈中不断地富集，成为水系和土壤中常见的污染物。自从Ginham和OHannesinl提出金属铁屑可以用于地下水的原位修复以来，用纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron-NZVI)金属促进还原污染物已经成为一个非常活跃的研究课题。可渗透反应墙(PRB)地下水原位修复技术的出现，更是促进了NZVI还原技术的快速发展。纳米零价铁颗粒因其粒径小，颗粒具有较大的比表面积和表面能，具有优越的吸附性能和还原活性，已成为地下水原位修复中非常有效的反应介质材料，在环境污染修复中得到广泛的应用。目前，纳米铁粒子制备的方法比较多，有蒸发凝聚法、热等离子法、高能球磨法、固相还原法、液相还原法等。其中，液相还原法应用较多，其工艺相对简单，但该方法在制备过程中需要惰性气体进行保护，大大增加了制备的难度和成本。因此，找出一种简单高效的制备方法显得十分必要。针对以上问题，本研究首次采用流变相反应法，以大分子有机物琼脂、羧甲基纤维素（CMC）和水溶性淀粉，环境友好型矿物高岭土（kaolin）、膨润土(bentonite)、沸石(zeolite)、分子筛及紫叶小檗树叶提取液合成了包裹型纳米零价铁，采用多孔陶粒负载纳米零价铁制备出更具应用前景的复合材料，并通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪（FTIR）等对所制得的样品形貌、结构和组成进行表征；考察了其对重金属Cr(Ⅵ) 、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、As(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的还原去除性能；以及采用多孔陶粒负载纳米零价铁处理含磷废水，探讨了其反应所符合的动力学模型和反应机理；考察了其对三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)、三氯甲烷(trichloromethane，TCM)、四氯化碳（carbon tetrachloride，CTC）及混合废水Pb(Ⅱ)- TCM和Ni(Ⅱ)-TCE的还原去除能力，以及对磷的物理吸附、配位体交换反应及化学沉淀反应等进行了较深入的研究。本书得以顺利出版，得到了国家自然科学基金委员会和化学工业出版社的大力支持，同时得到了景德镇陶瓷大学在经费方面的支持。本书大部分研究成果是由景德镇陶瓷大学研究生苏晓渊、郭磊、焦创、樊文井、范小丰、余淑珍、潘顺龙等完成。谌怡雯、余宏伟、吴新运、吕美玲、张素华、武浪、郭文婷、孙晓燕、宁清和欧阳智等在文字校对和图表整理方面做了大量工作，在此表示衷心感谢。本书引用了部分书刊的资料、文献，在此向所引用参考文献的作者致以谢意！成岳2017年10月

成 岳，江西景德镇陶瓷大学，教授，成岳，63.2出生，男，江苏南通人， 博士，教授，硕导。毕业于南京理工大学 环境工程专业，就职于景德镇陶瓷大学。 2013.1-2014.1在University of Connecticut 访学。江西省高校中青年学科带头人，省骨干教师。一直从事环境工程专业方面的教学与科研工作，研究领域涉及环境材料的开发与应用、水污染控制、环境监测、环境影响评价、固体废物的资源化与综合利用等方面的教学科学研究；研究方向是环境功能材料的制备及在水处理中的应用。 本论著是国家自然科学基金项目 《流变相法制备包裹缓释型NZVI及处理含氯有机物-重金属污染地下水的研究》（编号51268018）的归纳和 整理。

0概述

0.1水体污染严重性001

0.2纳米零价铁处理技术的应用001

0.3纳米零价铁在应用中存在的问题002

0.3.1铁的钝化002

0.3.2NZVI的团聚和沉淀002

0.3.3铁自身毒性及纳米毒性003

0.3.4降解中间产物的毒性风险003

0.3.5回收难003

0.4提高反应活性的常用方法003

0.4.1有机分散剂改性003

0.4.2双/三金属复合改性004

0.4.3负载型NZVI材料004

0.4.4其他技术辅助004

0.5纳米零价铁制备技术005

参考文献006



1水中重金属和含氯有机物的污染与处理

1.1水污染及水中重金属的污染现状及危害007

1.2水体中重金属污染来源危害与处理技术008

1.2.1六价铬的来源、危害与处理技术008

1.2.2铅污染来源、危害与处理技术010

1.2.3砷污染来源、危害与处理技术011

1.2.4铜污染来源、危害与处理技术013

1.2.5镍污染来源、危害与处理技术013

1.3含氯有机污染物的来源、危害与处理技术014

1.3.1含氯有机污染物的来源、危害014

1.3.2脱氯技术国内外研究现状015

1.4纳米零价铁应用于水污染修复016

1.4.1纳米零价铁概述016

1.4.2纳米零价铁在环境中的应用018

1.4.3纳米零价铁在重金属修复方面的应用018

1.4.4纳米零价铁降解含氯有机物的应用019

1.4.5纳米零价铁与重金属和含氯有机物反应的机理研究020

1.5纳米零价铁的制备方法025

1.5.1纳米零价铁的结构性质025

1.5.2纳米零价铁的制备与改性026

参考文献028



2流变相反应法制备纳米材料

2.1流变相反应031

2.1.1流变相反应的概念031

2.1.2流变相反应方法的特点032

2.1.3流变相反应原理及工艺032

2.1.4流变相反应方法的开发过程033

2.2流变相反应方法的分类033

2.2.1流变相反应以水为介质033

2.2.2有机溶剂作为流变相反应介质034

2.3流变相反应的应用034

2.3.1单晶材料034

2.3.2元素金属034

2.3.3金属氧化物035

2.3.4金属有机盐036

2.3.5高级电极材料036

2.4通过流变相反应法制备纳米材料及其应用037

2.4.1微纳米镍037

2.4.2纳米零价铁粒子040

2.4.3ZnO纳米颗粒的制备041

2.4.4纳米晶体尖晶石型氧化物043

2.4.5Tb3 掺杂的发光锌046

2.4.6负温度系数陶瓷材料049

2.4.7固有导电聚合物(ICP)051

2.4.8锂电池正极材料LiFePO4055

2.5使用流变相反应法需要注意的事项058

参考文献059



3包裹型纳米零价铁的制备与表征

3.1有机物包裹纳米零价铁的制备与表征063

3.1.1主要试剂和仪器设备063

3.1.2样品的合成063

3.1.3测试与表征066

3.1.4结果与讨论066

3.2矿物包裹纳米零价铁的制备074

3.2.1包裹型纳米零价铁的制备074

3.2.2表征分析074

3.3分子筛包裹纳米零价铁的制备076

3.3.1MCM-22/NZVI的制备076

3.3.2MCM-41/NZVI的制备079

3.3.3MCM-48/NZVI的制备081

3.4绿色合成纳米零价铁085

3.4.1紫叶小檗树叶提取液绿色合成纳米零价铁086

3.4.2茶叶提取液制备纳米零价铁089

参考文献092



4包裹型纳米零价铁去除水中重金属离子的研究

4.1Cu2 的处理研究094

4.1.1NZVI对废水中Cu2 的去除效果095

4.1.2Agar-NZVI对废水中Cu2 的去除效果097

4.1.3CMC-NZVI对废水中Cu2 的去除效果099

4.1.4Starch-NZVI对废水中Cu2 的去除效果102

4.1.5包裹型纳米零价铁去除Cu2 的反应机理104

4.2Cr(Ⅵ)处理试验研究104

4.2.1Agar-NZVI对水中Cr(Ⅵ)的去除效果105

4.2.2CMC-NZVI对水中Cr(Ⅵ)的去除效果111

4.2.3Starch-NZVI对水中Cr(Ⅵ)的去除效果116

4.2.4包裹型纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的反应机理120

4.2.5MCM-41/NZVI处理含铬废水121

4.3Pb(Ⅱ)处理研究124

4.3.1包裹型的纳米零价铁去除Pb(Ⅱ)的试验设计125

4.3.2MCM-22/NZVI对含Pb(Ⅱ)废水的处理129

4.3.3茶叶提取液制备纳米零价铁去除Pb(Ⅱ)的试验设计133

4.4水中砷(As)的处理试验研究136

4.4.1实验所需药品和仪器136

4.4.2实验步骤137

4.4.3结果分析与讨论138

4.4.4反应产物回收140

4.4.5机理分析140

4.5铁粉去除电镀废水中锌镉离子的反应动力学研究141

4.5.1试验141

4.5.2分析与讨论142

参考文献149



5包裹型纳米零价铁降解水中含氯有机物的研究

5.1降解水中TCE151

5.1.1实验材料及仪器151

5.1.2TCE降解试验152

5.1.3Agar-NZVI对水中TCE的脱氯效果153

5.1.4CMC-NZVI对水中TCE的去除效果154

5.1.5Starch-NZVI对水中TCE的去除效果155

5.1.6反应动力学157

5.1.7反应后产物的SEM和EDS分析160

5.1.8包裹型纳米零价铁去除TCE的反应机理162

5.2降解地下水中三氯甲烷163

5.2.1TCM降解柱实验163

5.2.2CMC-NZVI对水中TCM的去除效果164

5.2.3Agar-NZVI对水中TCM的去除效果165

5.2.4Starch-NZVI对水中TCM的去除效果166

5.2.5NZVI对水中TCM的去除效果167

5.2.6反应机理169

5.3紫叶小檗树叶提取液绿色合成纳米零价铁对地下水中CTC的去除效果169

5.3.1初始浓度对CTC去除率的影响170

5.3.2pH值对CTC去除率的影响170

5.3.3投加量对CTC去除率的影响170

5.3.4反应动力学171

5.3.5反应机理172

参考文献173



6包裹型纳米零价铁去除水中重金属-含氯有机物

6.1去除水中Ni2 -TCE的研究174

6.1.1实验材料及仪器174

6.1.2Ni2 -TCE的去除试验175

6.1.3包裹型纳米零价铁对水中Ni2 -TCE的去除效果176

6.1.4反应机理探讨178

6.2CMC包裹纳米零价铁处理水中三氯甲烷和铅正交试验179

6.2.1仪器与药品179

6.2.2TCM和铅降解正交试验方法179

6.2.3TCM和铅离子的测定180

6.2.4结果分析与讨论181

6.2.5最优条件下对三氯甲烷和铅的降解试验185

6.2.6三氯甲烷和铅的降解机理分析185

参考文献186



7包裹型纳米铁处理染料废水

7.1包裹型纳米铁降解活性艳蓝(KN-R)187

7.1.1活性艳蓝(KN-R)简介187

7.1.2实验方法187

7.1.3CMC-NZVI对活性艳蓝脱色率的影响188

7.1.4释放效果探索190

7.1.5CMC-NZVI处理活性艳蓝吸附动力学研究191

7.1.6CMC-NZVI对KN-R的脱色机理192

7.2MCM-48/NZVI处理亚甲基蓝染料193

7.2.1亚甲基蓝193

7.2.2亚甲基蓝溶液的标准曲线193

7.2.3试验设计193

7.2.4正交试验结果分析194

7.2.5MCM-48/NZVI降解亚甲基蓝染料的机理探讨194

参考文献196



8多孔陶粒负载纳米零价铁处理含磷废水

8.1多孔陶粒负载纳米零价铁的概述197

8.2含磷废水198

8.2.1磷的来源及危害198

8.2.2磷的去除方法198

8.3多孔陶粒199

8.3.1多孔陶粒的应用199

8.3.2多孔陶粒的除磷机制200

8.4试验内容200

8.4.1试验原理200

8.4.2试验的原料及药品200

8.4.3试验所用的仪器和设备201

8.4.4试验过程201

8.4.5磷酸盐的测定方法202

8.4.6静态吸附试验203

8.4.7多孔陶粒负载纳米铁处理含磷废水的试验203

8.4.8表征与性能分析204

8.4.9陶粒的再生204

8.5结果分析与讨论204

8.5.1静态吸附动力学研究204

8.5.2柱高(填充率)对磷去除率的影响206

8.5.3初始浓度对磷去除率的影响206

8.5.4溶液的pH值对去除率的影响207

8.5.5样品分析208

8.6多孔陶粒负载纳米零价铁的除磷机制211

8.7结论212

参考文献212