Page 41 - 《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                                 ·2583·


                 上述研究表明，交联壳聚糖稳定纳米零价铁材                          2.2   金属催化剂改性 CS-NZVI 的方法及应用
            料与 CS-NZVI 相比有更宽的 pH 应用范围、更高的                          在 CS-NZVI 内添加金属催化剂可以增加反应
            去除率和稳定性。交联后复合材料的机械性能提升，                            活性、降低反应活化能和加快反应速度，使金属催
            可以使材料适用于特殊加工工艺，例如制备壳聚糖                             化剂改性后的材料具有更高的还原特性。表 4 为不
            基复合膜等。接枝改性壳聚糖稳定纳米零价铁与                              同金属催化剂改性的 CS-NZVI 的去除机理。通常将
            CS-NZVI 相比有更丰富的活性官能团，吸附效率更                         Ni、Cu、Zn、Pd 等金属作为金属催化剂与 CS-NZVI
            高。今后的研究可以从 CS-NZVI 的壳聚糖改性出发，                       结合形成新的复合材料。目前，金属催化剂改性的
            寻找应用 pH、温度、初始浓度范围更大，且能保持高                          CS-NZVI 应用于含三氯乙烯、金属离子和芳香族有
            吸附率的改性壳聚糖稳定纳米零价铁的新材料。                              机化合物的水处理中。

                                       表 4   不同种类金属催化剂改性 CS-NZVI 的去除机理
                              Table 4    Removal mechanism of CS-NZVI modified by different metal catalysts
                金属        金属催化剂
                                         处理污染物种类                           去除机理                       参考文献
             催化剂种类        改性吸附剂
                 镍        CS-NZVI-Ni   卤代有机化合物、钴、        NZVI 与 Ni 构成了原电池体系使金属镍产生活性氢强化了                 [48]
                                      镉等金属离子             CS-NZVI 的还原能力
                 铜       CS-NZVI-Cu   六价铬                Cu 和 NZVI 的电偶效应加快了电子的传输，且 Cu 的价态升高             [49]
                                                         后代替部分零价铁形成共聚沉淀，使 NZVI 的还原能力增强
                 锌       CS-NZVI-Zn   铜离子和六价铬离子          Zn 可以促进促进电子向 NZVI 中转移，对 Fe 有极强的供电子             [50]
                                                         能力，使 NZVI 的还原性能增强
                 钯       CS-NZVI-Pd   卤代有机化合物            Pd 作为过渡金属具有空轨道，可以通过合适的前沿轨道与卤                   [51]
                                                         代有机化合物中氯元素的 P 电子对充分削弱 C—C 键，降低脱
                                                         氯反应活化能

                 在 CS-NZVI 中 添加镍后 形成新 复合 材料                        翁秀兰等    [52] 对比研究 CS-NZVI 与 CS-NZVI-Ni
                                                                      2+
            CS-NZVI-Ni，Fe 与 Ni 在反应过程中构成原电池体                    去除 Co 的效果。在相同实验条件下反应 60 min 后
                                                                                 2+
            系，加速 Fe 的氧化反应，反应产生的氢会附着于镍                          CS-NZVI-Ni 对 Co 的去除率高达 100% ，而
            表面，经镍催化形成活性氢来提升还原效率                     [48] 。活    CS-NZVI 的去除率仅为 88%，该实验证明镍催化剂
                                                                                                2+
            性氢是携带多余电子的氢原子，其具有强烈的抗氧                             改性的 CS-NZVI 可以显著提升对 Co 的吸附效果。
            化性和还原性且能额外释放电子。因此活性氢的产                                 GONCALVES 等    [53] 对 CS-NZVI-Ni 降解性能和
            生可有效促进还原反应的进行。图 5 是 CS-NZVI-Ni                     最佳铁镍配比展开研究。结果证实，CS-NZVI-Ni
            降解三氯乙烯的原理图，少量镍在 NZVI 表面，周                          可以有效降解尼美舒利和降低体系毒性，并且得出
            围包覆 CS 高分子，金属镍的催化作用使体系产生                           铁镍双金属系统质量分数的最佳组成为 17%的 Ni
            大量活性氢，使体系具有较高的还原特性，提升了                             和 83%的 Fe。WENG 等     [54] 对 CS-NZVI-Ni 处理废水
            降解三氯乙烯的效率。                                         中的混合污染物阿莫西林和 Cd（Ⅱ）的效果进行研
                                                               究，实验显示 CS-NZVI-Ni 在 Cr（Ⅵ）初始质量浓
                                                               度为 60 mg/L、吸附 60 min 后，阿莫西林和 Cd（Ⅱ）
                                                               竞争吸附使 Cr（Ⅵ）的吸附率从 93.0%和 90.9%降
                                                               低到了 68.9%和 81.3%。污水处理的实际工况属于
                                                               多离子共存的复杂体系，因此对多离子共存体系进
                                                               行研究具有实际意义。研发具有选择性吸附的吸附
                                                               剂仍是拓宽应用领域的关键。
                                                                   在 CS-NZVI 中添加铜后形成新复合材料 CS-
                                                               NZVI-Cu，Cu 增加了电偶效应，这种结构有利于反
                                                               应电子的产生和传输。图 6 为 CS-NZVI-Cu 去除 Cr
                                                               （Ⅵ）的机理示意图。CS-NZVI-Cu 吸附 Cr（Ⅵ）

                                                               的机理与 CS-NZVI 吸附重金属离子的区别是 Cu 的
                 图 5  CS-NZVI-Ni 降解三氯乙烯的原理图        [48]        存在会形成新的共沉淀且 Cu 会促进电子的转移使
            Fig. 5  Schematic diagram of trichloroethylene degradation
                   by CS-NZVI-Ni [48]                          反应速率加快。JIANG 等         [49] 发现，CS-NZVI-Cu 最
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