中文摘要：

纳米铁粒径小(1-100 nm)，反应活性高速度快，可处理的污染物种类多，在地下水治理中有广阔的应用前景。在实际应用中，往往需要在纳米铁表面修饰表面活性剂以提高纳米铁在土壤和地下水中的传输。本项目以纳米铁和地下水中的重金属，特别是镉和铅为研究对象，系统地研究表面活性剂对纳米铁的微观表面结构、传输过程及其对重金属在其表面固化机理的影响。主要意义为1）深入研究不同表面活性剂对纳米铁表面性质和结构特征的影响，发展和完善纳米铁表面结构理论；2）研究镉和铅纳米铁表面固定化的微观反应机理，揭示表面活性剂对反应机理的影响；3）探讨表面活性剂在纳米铁在土壤和地下水传输过程中起的作用，并建立相关模型。研究将为纳米铁在地下水中的重金属修复提供理论依据。

结论摘要：

零价纳米铁颗粒(nZVI)具有很高的反应活性，能快速去除水中的多种有机氯代污染物、重金属及无机盐等污染物，是近年来的一个研究热点。但在实际应用中却面临这样几个问题分散性差，易团聚沉淀，在地下含水层中迁移性差，接触空气极易氧化，不利于保存。这些问题都极大地限制了零价纳米铁在实际工程中的应用。针对以上问题，本研究利用聚乙二醇(PEG)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、羧化壳聚糖(CCTS)作为分散剂，经一系列筛选试验，最终制备了悬浮性能良好且具有高反应活性的复合零价纳米铁(nZVI/PSS)。少量PSS的加入，使得零价纳米铁悬浮液的稳定性从几分钟提到2周以上。采用氮气吸附—脱附比表面积分析、透射电镜、X射线光电子能谱仪、X射线衍射和Zeta电位分析等现代分析技术分别对nZVI和nZVI/PSS进行了一系列表征，研究了分散剂PSS的加入对nZVI表面结构的影响。结果表明，加入PSS之后，由于零价纳米铁得到分散，表面积有所提高，同时，抗氧化性增强，零价铁的结晶度显著提高。以Cd(II)和As(III)为研究对象，探讨了nZVI和nZVI/PSS在不同铁投加量、重金属初始浓度、溶液初始pH及阳离子浓度等影响因素下对重金属的去除情况，并进行了相应的动力学。结果表明，PSS的加入虽然覆盖了nZVI表面部分活性位，但总体上对重金属仍然有很高的反应活性，其反应符合准一级动力学反应。溶液初始pH和阳离子强度对重金属去除的影响最大。对As(III)的去除机理表面，对As(III)的去除是氧化、还原和吸附反应共同作用的结果。通过Zeta 电位、粒型粒度和沉降曲线的变化探讨改性剂添加量影响零价铁分散的机理，同时考察改性剂添加量、流速和多孔介质类型对零价铁迁移的影响。结果表明，改性剂对零价铁的分散机理符合DLVO 模型，静电空间位阻带来的势垒增加量与改性剂 添加量成正相关，能促进零价铁的分散；经500%CMC（CMC 与零价铁的质量比）改性的零价铁分散性能最好，成颗粒状、吸光度在90 min 下降31%。受零价铁与石英砂作用能、填充介质的吸附位点和剪切力的影响，零价铁的迁移能力随着改性剂添加量的增多，填充介质粒径的增大和流速的增加而增强。