卷期：《土壤》2024年第56卷第4期
纳米零价铁（nZVI）因对重金属具有优异的吸附和去除能力而被广泛用于地下水、废水和土壤中的重金属污染修复。为了克服nZVI在实际使用中存在易团聚、易氧化、易钝化、电子选择性差等缺点，需要对其进行改性。
对nZVI的改性方法主要包括硫化改性、表面改性、双金属改性和多孔材料负载等（图1），通过改善nZVI的流动性、稳定性或减少副反应等措施，从而实现对重金属的高效去除。硫化改性在nZVI表面形成FeSx，提高了nZVI的导电性、疏水性及稳定性。表面改性通过在nZVI表面引入官能团和稳定剂，增加吸附位点，提升材料的吸附性能；同时，引入的官能团之间的空间位阻和静电斥力可以提高材料的空间稳定性。双金属改性通过掺杂具有较高氧化还原电位的金属，与Fe形成原电池促进电子传递，从而提高了nZVI的反应活性。多孔材料负载为nZVI提供稳定的活性位点，抑制颗粒团聚，并且增加了材料的比表面积和吸附性能。
nZVI通过吸附、共沉淀、络合、离子交换、静电相互作用以及氧化还原等多种反应来实现重金属的去除（图2）。改性对各个反应均有一定促进作用。通过硫化改性产生的FeS具有更强的导电性和电负性，并且适当厚度的FeS外层可加速电子传递，促进重金属离子吸附与还原。此外还能够形成溶解度较低的金属硫化物沉淀。在nZVI表面引入官能团及稳定剂，可以改变nZVI表面的电荷，从而增强分子之间的静电斥力并减少它们的聚集。在nZVI表面掺杂或包覆一些过渡金属涂层，可以有效降低nZVI之间的团聚，并抑制氧化反应。双金属形成的原电池效应能够降低反应过程的活化能，进而提高对污染物的反应速率。负载材料较大的比表面积和丰富的表面官能团能够显著提高重金属污染物的去除效率。
实际应用需要考虑到土壤复杂环境对nZVI的限制和影响。在土壤修复中，nZVI应用的一个明显问题是其在环境中的流动性及稳定性不足。此外土壤pH、有机质、共存离子和氧化还原电位均会对改性纳米零价铁钝化重金属产生重要影响。
未来关于改性nZVI对重金属污染物去除的研究应重点关注以下几个研究方向：探索新型表面修饰剂的改性制备方法，更准确、更精确地研制多功能改性nZVI，从分子角度调控材料结构与理化性质的构效关系，以提高材料对重金属的整体去除性能及应用效果；对多金属复合污染体系的研究及修复机理进一步评估；进一步考虑微生物对重金属的影响；在实际天然污染土壤和水体的修复效果需被进一步评估。
谢剑雄
中国环境科学研究院2021级硕士研究生，研究方向为土壤重金属污染修复。
通信作者简介
陈志良，博士，研究员
