nZVI颗粒在树脂相的空间分布对其腐蚀行为的影响及作用机制研究

The composite materials prepared by impregnating nanoscale zero-valent iron (nZVI) particles into solid supports of porous structure would retain the inherent properties of nZVI and the satisfactory hydrodynamic performance of support materials. They are expected to be excellent sorbents in water treatment and have aroused more and more interest. However, little is known on the relationship of distribution of the encapsulated nZVI particles in nanopores and the corrosion behavior and corrosion products evolution of nZVI and their effects on the decontamination performance with nZVI technology. In this study, on the base of adjustment of the nZVI particles distribution, systemic research will be conducted to reveal the effect of the synthesis condition and the structure of polymeric support (framework, cross-link densities, pore diameter and functional group) on the nZVI distribution and the physicochemical properties of the resultant hybrid materials. The main focus of this project aims to investigate the corrosion behavior and corrosion products evolution of the resultant hybrid materials in relation to the distribution of nZVI particles, reveal the underlying mechanism responsible for the relativity, and understand the effect of ambient conditions and coexistent matters on the performance of the hybrid materials. The results could provide the scientific and technical supports for the design and preparation of similar organic support and nanoscal metal particle composites and their application in water pollution control.

将纳米零价铁（nZVI）固载在大颗粒的多孔载体内制备的复合材料结合了载体材料优良的水力学性质与纳米零价铁对污染物的良好去除性能，该类复合材料因其良好的应用前景备受关注。但目前对载体空间内纳米零价铁的分布状态，以及因此产生的腐蚀过程和产物演化差异关注甚少。本项目拟以nZVI颗粒在载体上的分布调控为基础，系统考察制备条件和载体结构性质包括骨架、交联度、孔径、官能团等因素对nZVI分布以及复合材料物化性质的影响，重点研究nZVI颗粒在载体上的分布对其在水环境中腐蚀过程和产物演化的影响规律与作用机制，并在此基础上，揭示环境条件与共存物质对复合材料在水环境中腐蚀过程和产物演化的影响与作用机制，为水污染控制及同类有机载体-纳米金属颗粒环境复合功能材料的设计、制备和应用研究提供理论参考和技术支持。

将纳米零价铁（nZVI）固载在大颗粒的多孔载体内制备的复合材料结合了载体材料优良的水力学性质与纳米零价铁对污染物的良好去除性能，该类复合材料因其良好的应用前景备受关注。但目前对载体空间内纳米零价铁的分布状态，以及因此产生的腐蚀过程和产物演化差异关注甚少。基于此，本项目通过离子交换FeCl4-前驱体导入—调控KBH4溶液浓度还原制备出不同nZVI空间分布的复合材料，并将四种不同nZVI分布的复合材料D1、D2、D3、D4用于磺胺甲恶唑(SMX)的降解性能和机理研究。四种复合材料均表现出较高的SMX去除率（pH=5.0，99.02%、94.61%、89.00%和86.28%）。此外，经过五次循环使用后，复合材料的性能仅下降了大概10%，表明该纳米零价铁复合材料具有较强的实际应用潜力。在动力学和电子自旋共振(ESR)光谱分析的基础上，本研究表明，羟基自由基和超氧自由基的形成是SMX降解的主要机制。 最后，基于SMX的六大降解中间体，提出了五种可能的降解途径，包括N中心自由基的偶联、去甲基化、异恶唑环的异构化、氨基的氧化以及S-N键裂解。基于载体空间内纳米零价铁的分布状态对其在水环境中腐蚀过程的影响规律和内在作用机制，本项目以nZVI颗粒在载体上的分布调控为基础，分别选取无机污染物六价铬（Cr(VI)）和有机污染物磺胺甲恶唑（SMX）为目标污染物，阐明了nZVI颗粒在载体上的分布对其在水环境中腐蚀及去除污染物的影响规律与作用机制。同时通过调整不同的环境参数（如老化时间、初始pH、溶解氧(DO)、共存无机物和有机物等）对nZVI复合材料进行腐蚀老化，揭示环境条件与共存物质对复合材料在水环境中腐蚀及去除污染物的影响。本项目为水污染控制及同类有机载体-纳米金属颗粒环境复合功能材料的设计、制备和应用研究提供理论参考和技术支持。. 围绕上述研究，本项目在在国内外核心期刊发表研究论文11篇，其中SCI论文8篇；申请国家发明专利1项；参加国内学术会议1次；培养硕士研究生2名，较好地完成了研究目标。