Page 37 - 《精细化工》2023年第12期
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第 12 期 冯 颖，等: 壳聚糖稳定纳米零价铁及衍生物在水处理中的应用 ·2579·
综上所述，在 CS-NZVI 制备过程中选用成本低 对残余金属离子进行网捕 [32] 。CS-NZVI 与 NZVI 相
廉、绿色环保的新材料和研发新型反应器优化 比，CS 可以抑制 NZVI 团聚，让其均匀分散和增大
CS-NZVI 制备的条件，尚有很大的研究空间，是未 比表面积，使 NZVI 稳定发挥氧化还原功能。
来的发展趋势。 目前，CS-NZVI 常用于处理电镀、纺织印染、
1.2 CS-NZVI 处理重金属离子的机理及应用 采矿、皮革制革、钢铁和汽车制造等行业的生产过
壳聚糖稳定纳米零价铁处理金属离子的机理由 程中产生的含铬废水。废水中的铬离子常以 Cr（Ⅵ）
两部分构成：（1）重金属离子与纳米零价铁接触后 和 Cr（Ⅲ）的形式存在，二者均有毒性且 Cr（Ⅵ）
在纳米零价铁表面发生氧化还原并以固态形式析出 的毒性约为 Cr（Ⅲ）的 100 倍 [33] 。将 CS-NZVI 用
附着于纳米零价铁表面。（2）壳聚糖吸附金属阳离 于处理含铬废水可以显著降低毒性，CS-NZVI 去除
子是通过氨基和羟基螯合金属阳离子与其形成稳定 铬离子的过程如图 2 所示。图 2 中 Cr（Ⅵ）被吸附
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螯合物，吸附金属阴离子主要是通过氨基和羟基在 到粒子表面，壳聚糖的—NH 2 水解为—NH 3 静电吸
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酸性溶液中水解为—NH 3 和—OH 2 与金属阴离子静 附 Cr（Ⅵ），NZVI 表面的 Cr（Ⅵ）被还原为 Cr（Ⅲ），
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电吸附，次要是壳聚糖官能团与金属阴离子以氢键 Fe 被氧化为 Fe ，反应生成 FeOOH、Cr(OH) 3 、
形式结合。其次，CS 在吸附过程中的长链延伸可以 Fe(OH) 3 、Cr x Fe (1–x) (OH) 3 等固态化合物 [34] 。
图 2 CS-NZVI 还原吸附 Cr（Ⅵ）
Fig. 2 Reduction adsorption of Cr(Ⅵ) by CS-NZVI
同理，CS-NZVI 也可以用于去除镉、铅、铀等 铁的氢氧化物的生成，导致 CS-NZVI 的还原吸附能
金属离子。表 1 对多种体系中 CS-NZVI 与重金属离 力降低。LIU 等 [34] 对 CS-NZVI 还原吸附 Cr（Ⅵ）
子的结合位点和吸附效果进行了总结。由表 1 可知， 的机理进行了研究，NZVI 将 Cr（Ⅵ）还原为 Cr（Ⅲ）
CS-NZVI 对 Cr（Ⅵ）等金属阴离子和 Cd（Ⅱ）、Pb 后，Cr（Ⅲ）和 Fe（Ⅲ）与—NH 2 螯合或在吸附剂
（Ⅱ）、U（Ⅵ）等金属阳离子都有吸附效果。FAN 表面形成 Cr（Ⅲ）或 Fe（Ⅲ）的氢氧化物，使吸附
等 [31] 在 CS-NZVI 投加量为 5 g/L 的条件下对吸附 Cr 溶液中 Cr（Ⅲ）含量显著减小。颜小星等 [25] 将
（Ⅵ）的最佳初始溶液浓度、pH、温度进行了研究， CS-NZVI 应用于去除水中 Cd（Ⅱ），研究发现，该吸
实验显示，在 Cr（Ⅵ）吸附溶液初始质量浓度为 附剂是多孔缝隙结构的高效吸附剂，其以化学还原为
20 mg/L、pH=3.9、温度为 30 ℃时吸附效果最好， 主将 Cd（Ⅱ）还原为 Cd（0）。ZHANG 等 [22] 制备的
且对 Cr（Ⅵ）吸附率最高可达 99.6%。GENG 等 [35] CS-NZVI 对 U（Ⅵ）的最高去除率可达 591.72 mg/g，
以重金属 Cr（Ⅵ）为目标污染物，动态实验研究 吸附过程是壳聚糖官能团螯合吸附和 NZVI 还原吸
CS-NZVI 在模拟污染水样和实际污染水样的吸附效 附协同进行。
果。实际污染水样中 Cr（Ⅵ）的去除率与模拟水样 综上可知，CS-NZVI 在吸附离子时，是 NZVI
相比降低了 25%，证明实际水样中存在的其他离子 与 CS 共同作用来实现，既保留了各自处理金属离
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如 Ca 、Mg 等，这些离子产生的氢氧化物会抑制 子的能力，同时 CS 的添加使 NZVI 不易团聚，增加
