多聚物吸附納米零價鐵在多孔介質(zhì)中的遷移

張 瑾,魏才倢,白 鴿,楊朝光,王小亻毛,楊宏偉,解躍峰

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多聚物吸附納米零價鐵在多孔介質(zhì)中的遷移

張 瑾,魏才倢*,白 鴿,楊朝光,王小亻毛*,楊宏偉,解躍峰

(清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 100084)

針對納米零價鐵在多孔介質(zhì)中的遷移特點,本文通過實驗室柱實驗和腐蝕實驗分析了不同聚丙烯酸(PAA)包覆濃度下的納米零價鐵(nZVI)在石英砂介質(zhì)中的遷移和其接觸不同電解質(zhì)溶液6h的反應(yīng)活性.利用遷移距離和穿出率,表征了不同納米鐵材料的遷移性能.應(yīng)用pH值、氧化還原電位(ORP)、Fe2+濃度、X射線衍射(XRD)和Fe0含量隨時間變化圖像表征納米零價鐵腐蝕程度.實驗結(jié)果表明,PAA顯著提高了納米零價鐵材料的遷移距離.10%聚丙烯酸包覆濃度下,實驗室合成納米零價鐵的遷移效果最佳,穿出率可達(dá)58.65%.在6h的腐蝕實驗中,10%聚丙烯酸包覆的零價鐵含量有一定的降低,但是零價鐵損失相對于20%PAA包覆的零價鐵少.綜合考慮遷移性和反應(yīng)活性,10% PAA包覆濃度下實驗室合成納米零價鐵是適用于地下水污染原位修復(fù)的最佳材料.

納米零價鐵(nZVI)；聚丙烯酸(PAA)；遷移；腐蝕

地下水污染和土壤污染是在我國廣泛存在的嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題.納米零價鐵技術(shù)(nano-sized zero valent iron, nZVI)是從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展的新型零價鐵技術(shù),可直接注射到受污染的地下水以及土壤層[1-2].零價鐵(Fe0)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44V,可還原多種有毒重金屬、鹵代有機物、硝氮、高氯酸鹽等幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)電極電位高于零價鐵的污染物[3-5].零價鐵因經(jīng)濟易得和無毒無害的優(yōu)良性質(zhì)備受青睞、應(yīng)用廣泛.納米零價鐵顆粒具備經(jīng)濟高效地解決場地污染這一挑戰(zhàn)的巨大前景[6].其粒徑遠(yuǎn)小于含水層的空隙,可直接注射納米介質(zhì)至地下污染層,具有操作靈活,相比以往填充零價鐵的多孔滲透墻建設(shè)成本低等優(yōu)勢.

納米零價鐵顆粒應(yīng)用于地下水以及土壤的原位修復(fù)應(yīng)用中,在多孔介質(zhì)中的遷移距離以及遷移到目標(biāo)污染區(qū)域的零價鐵活性直接決定了原位修復(fù)的效果.然而,以往研究表明,納米零價鐵在實驗室研究和現(xiàn)場試驗中的遷移性和穩(wěn)定性表現(xiàn)均不理想[7-10].主要原因在于分散在水相中的納米零價鐵顆粒由于磁力作用而具有強烈的聚集趨勢,形成遠(yuǎn)超過微米尺寸的枝狀絮體和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低了它的有效表面積和反應(yīng)活性[11].同時,砂粒表面在中性條件下帶負(fù)電,易吸附零價鐵顆粒在表面[12],使零價鐵在多孔介質(zhì)中不易擴散.已有很多研究關(guān)注如何提高零價鐵在多孔介質(zhì)中的遷移距離,其中聚合電解質(zhì)吸(polyelectrolyte adsorption)是被廣泛研究的方法之一[9,11].目前,常用的聚合電解質(zhì)表面修飾劑包括羧甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚天冬胺酸(PAP)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、三嵌段共聚物等[9,11-12].

吸附在納米零價鐵表面的多聚物分子鏈一般帶負(fù)電,可以形成刷狀表層阻礙聚集作用且增加排斥作用,阻礙易于堵塞孔隙的大顆粒聚集體的形成;同時,多聚物表面帶負(fù)電可增加顆粒與多孔介質(zhì)之間的相互斥力[13].目前,聚合電解質(zhì)吸附已被驗證可有效增加納米零價鐵電泳遷移能力并降低零價鐵和多孔介質(zhì)的粘附效率[14].

納米鐵顆粒的遷移性主要采用柱實驗進行模擬研究[15-16].Tiraferri等[16]發(fā)現(xiàn)未包覆的納米零價鐵顆粒無法穿透7cm高的砂柱,對比0.5g/L的瓜爾豆膠吸附的納米零價鐵,在穩(wěn)態(tài)條件下穿出率可達(dá)約60%,明顯提高了零價鐵的遷移能力.目前常用的PAA以及CMC等吸附電解質(zhì),均發(fā)現(xiàn)可明顯促進零價鐵在砂柱中的穿透效率,在合適的濃度范圍條件下,穿出率接近100%[9,15].總體來說,現(xiàn)有文獻(xiàn)大多報道了多聚物修飾層對單一種類的納米零價鐵遷移效果的影響,缺乏不同的鐵顆粒種類和多聚物包覆濃度梯度實驗條件下的系統(tǒng)對比.同時較少研究關(guān)注零價鐵在吸附電解質(zhì)后顆?；钚缘淖兓?以零價鐵含量定量),無法為實際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo).

結(jié)合目前研究存在的不足,本研究采用裝填高度為10cm的石英砂柱,選用2種不同的納米零價鐵,(商用納米零價鐵(CFe)和實驗室合成納米零價鐵(BFe)).在3種不同的聚丙烯酸(PAA)包覆濃度下,通過柱實驗和腐蝕實驗,系統(tǒng)地比較分析了不同納米零價鐵材料遷移性能的差異和多聚物對納米零價鐵反應(yīng)活性的影響,以期為實際工程應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

商用納米鐵購于北京清河金屬制品有限公司.聚丙烯酸(PAA)、硼氫化鈉(NaBH4)、九水合三氯化鐵(FeCl3?9H2O)、乙醇(C2H5OH)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、氯化鈉(NaCl)等試劑均為分析純,購于sigma公司.

石英砂購于勝利石英砂廠.處理方法如下:在12mol/L的濃鹽酸中浸泡24h后用去離子水沖洗至pH值大于5.6.然后將石英砂置于120℃烘箱烘12h,再于800℃的馬弗爐中灼燒5h以去除石英砂表面的有機雜質(zhì)[17].將馬弗爐處理后的石英砂用50~60目標(biāo)準(zhǔn)篩(浙江省上虞市紗篩廠制造)篩分.采用激光粒度儀(Beckman Coulter LS 13 320)干粉模塊測得平均粒徑為350mm[18].

1.2 實驗室合成納米零價鐵方法及PAA表面包覆方法

實驗室合成納米零價鐵顆粒的制備原理是采用強還原劑硼氫化鈉(NaBH4)在乙醇的水溶液中還原三價鐵離子(Fe3+),使得生成的零價鐵以小顆粒沉淀析出.反應(yīng)方程式為:

4Fe3++3BH4-+9H2O=4Fe+3H2BO3-+12H++6H2(1)

制備方法如下:80mL0.74mol/L硼氫化鈉溶液加入1000mL含有36mL 0.5mol/L FeCl3?9H2O的乙醇和無氧水混合液中(體積比為9:1),為避免氧化,整個反應(yīng)過程中持續(xù)通入高純氮氣以保持厭氧環(huán)境.反應(yīng)結(jié)束后,離心分離零價鐵顆粒,并用脫氧乙醇反復(fù)洗滌.最后用脫氧乙醇保存,用封口膜封口后放入4℃冰箱保存.

PAA包覆的納米零價鐵的制備方法如下:取實驗室制備的納米零價鐵或者商用納米零價鐵,以10mmol/L的無氧鈉離子溶液(5mmol/L NaHCO3+ 5mmol/L NaCl)為溶劑,分別配制PAA與鐵質(zhì)量比為5%,10%和20%的懸浮液[19],采用超聲儀將此懸浮液超聲30min后,在旋轉(zhuǎn)混勻儀上旋轉(zhuǎn)72h (70r/min)備用[20].每次使用之前,先搖勻,后取樣.

1.3 柱實驗

石英砂介質(zhì)在與水充分混合填入玻璃滴定管制成過濾柱,玻璃柱內(nèi)徑internal=1.10cm,過濾介質(zhì)的高度為bed=10cm.在過濾柱裝填完成后輕輕震蕩以除去氣泡.測得過濾柱的孔隙率=0.4644,計算得到砂柱孔體積PV=4.41mL.在過濾之前,過濾柱中需要提前通入10個孔體積的無氧鈉離子溶液進行預(yù)處理,采用蠕動泵(SHENCHEN Lab 2015)以1.26mL/ min的流量注射電解質(zhì).在厭氧環(huán)境中配制濃度為5g/L的納米零價鐵懸濁液在10mmol/L的鈉離子溶液中(5mmol/L NaHCO3+5mmol/L NaCl).在過濾柱完成10個孔體積的電解質(zhì)平衡之后,注入2mL配制好的納米零價鐵溶液,注射完成后迅速以1.26mL/ min的流量繼續(xù)注入無氧鈉離子溶液沖洗.從開始注射計時,收集1min之內(nèi)流出過濾柱的溶液,通過ICP測試計算溶液中總鐵的質(zhì)量.注射過程中需要按照0.5s/幀的速度對石英砂柱拍照來記錄最大遷移距離.

1.4 腐蝕實驗

納米零價鐵懸浮液在不同電解質(zhì)溶液中的反應(yīng)活性變化通過腐蝕實驗測量等時間間隔的零價鐵含量來表征.配制5g/L的納米零價鐵懸浮液100mL,超聲1min攪拌10min后開始計時,攪拌速度為300r/min.每隔1h取樣一次,實驗持續(xù)6h.整個腐蝕過程保證在厭氧條件下進行.測試指標(biāo)包括零價鐵含量、ORP、pH值、Fe2+濃度和XRD.

采用氣體體積法測量零價鐵質(zhì)量,在每個時刻采用注射器取納米零價鐵懸浮液5mL,加入稀HCl 8mL.測出體積之后計算Fe0質(zhì)量,總鐵質(zhì)量由ICP測試所得濃度計算,兩者之比為零價鐵含量.在每個取樣時間點采用ORP測試儀監(jiān)測總?cè)芤褐械腛RP以及pH值.測完pH值后的納米零價鐵懸浮液,采用注射器回收,用0.45mm濾膜過濾,得到澄清溶液.取澄清溶液1mL,加入高純水2.5mL,顯色劑200uL,靜置10min后于紫外分光光度計562nm處測量吸光度,計算Fe2+濃度.顯色劑由0.01mol/L的菲洛嗪(分子量492.47,含量97%,阿拉丁產(chǎn)品編號160601)溶于0.1mol/L的醋酸銨溶液中配制而成.

在腐蝕實驗開始和結(jié)束時刻取納米零價鐵懸浮液約10mL,用高純水和乙醇分別沖洗分離后,采用高純氮吹干,送樣進行XRD檢測.

1.5 分析方法

水中總鐵濃度采用ICP測定.Fe2+采用紫外分光光度法測定.零價鐵含量的測定方法為:恒溫條件下由排水集氣法測定零價鐵與過量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣體積,計算得到Fe0的質(zhì)量,與ICP測定總鐵的質(zhì)量之比即為零價鐵含量.

ORP、pH值由Thermo公司的ORP測試儀、pH 計監(jiān)測.腐蝕實驗中納米零價鐵顆粒的腐蝕情況由XRD測定,掃描角度為0~90°,掃描速度為3°/min.零價鐵顆粒比表面積(BET)由麥克公司比表面和孔隙度分析儀(2020HD)測定,通過氮氣吸附量計算得出比表面積單位為m2/g.

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種納米零價鐵顆粒物理性質(zhì)

如表1所示實驗室自制納米零價鐵的比表面積是商用納米零價鐵的2倍,同時零價鐵含量也略高于商用納米零價鐵.

表1 兩種不同納米零價鐵顆粒的物理性質(zhì)

2.2 不同包覆濃度的聚丙烯酸對遷移效果的影響

圖1所示是柱實驗中不同PAA包覆濃度下實驗室合成納米零價鐵顆粒的遷移距離.在10.0cm的石英砂柱中,未包覆和5%、10%和20%包覆濃度下的納米零價鐵顆粒遷移平均距離由4.5增長到6.0cm,PAA包覆濃度越高納米鐵遷移距離越遠(yuǎn). Jiemvarangkul等[21]的研究表明,PV3A和PAA通過修飾納米零價鐵顆粒使其表面帶上負(fù)電而產(chǎn)生顆粒之間及顆粒與砂粒之間的靜電斥力,有效提高顆粒分散性,從而促進零價鐵在均質(zhì)石英砂柱中的遷移.由于商用納米鐵顆粒顏色較淺,遷移距離無法肉眼辨別,因此不作討論.

圖1 不同PAA包覆濃度下實驗室合成納米鐵的遷移距離

圖2是不同PAA包覆濃度下2種納米零價鐵顆粒的穿出率變化.隨著PAA包覆濃度的升高,商用納米鐵和實驗室合成納米鐵具有相同的變化趨勢,即小于最佳包覆濃度時,穿出率隨著包覆濃度上升,大于最佳包覆濃度時,穿出率隨著包覆濃度升高而下降.實驗室合成納米零價鐵的變化幅度較之商用納米鐵更大,原因在于實驗室合成納米鐵粒徑小,反應(yīng)活性高,受多聚物包覆層保護及抗腐蝕作用更加顯著,而商用納米鐵粒徑大,反應(yīng)活性較低,因而變化幅度較小.

另一方面,實驗合成納米零價鐵的遷移距離隨PAA包覆量的變化趨勢與穿出率不一致.根據(jù)Saberinasr等[22]的研究結(jié)果,熟化現(xiàn)象在納米零價鐵顆粒的遷移研究中發(fā)揮著重要作用.基于這種現(xiàn)象,當(dāng)納米顆粒之間的相互作用是吸引力時,先注射的納米顆粒可以吸附后注射的納米顆粒.

圖2 不同PAA包覆濃度下兩種納米鐵顆粒的穿出率

2.3 不同種類納米零價鐵顆粒遷移效果比較

表2為實驗室合成納米鐵和商用納米鐵在不同的PAA包覆濃度梯度下的遷移距離和穿出率結(jié)果匯總.每次沖洗前測量10mmol/L的鈉離子溶液電解質(zhì)的DO和pH值,DO 濃度基本低于0.2mg/L,以及pH值保持在9左右.在8組實驗中,1和5、2和6、3和7、4和8組分別為控制包覆濃度條件下的以納米零價鐵種類為變量的對照實驗.其中,1和5、2和6、4和8組實驗條件下商用納米鐵顆粒具有更高的穿出率,而3和7組條件下實驗室合成納米零價鐵穿出率更大.在沒有多聚物進行表面修飾的條件下,商用納米鐵穿出率高達(dá)25.1%,而實驗室合成納米鐵的穿出率僅為0.56%.從2種不同納米零價鐵顆粒物理性質(zhì)的對比中得出,實驗室合成納米鐵粒徑更小(僅20nm),比表面積更大,具有更強的反應(yīng)活性,因而較易在電解質(zhì)溶液中發(fā)生腐蝕,造成穿出率降低.

表2 不同種類納米零價鐵的遷移距離及穿出率

與之相似,5%和20%的聚丙烯酸進行表面修飾的商用納米鐵較之實驗室合成納米鐵,穿出率更高.但是,10%的聚丙烯酸包覆濃度下,實驗室合成納米零價鐵的遷移效果更佳,可達(dá)58.65%.納米零價鐵顆粒在砂柱中的沉積受到納米顆粒粒徑和分散性,顆粒表面化學(xué)性質(zhì),孔隙流體的化學(xué)性質(zhì),流體注射速度等諸多因素影響[23].聚合高分子電解質(zhì)可修飾納米零價鐵顆粒的表面性質(zhì)并且增加顆粒間的斥力.納米零價鐵的聚集速度降低,從而可增加納米顆粒的分散性,降低了零價鐵聚體的粒徑[18-19].并且經(jīng)相關(guān)實驗驗證,納米顆粒氧化程度越高,遷移性越差.因此,一般情況下實驗室合成納米鐵遷移效果差于商用納米鐵,但在最佳包覆濃度(10%)條件下,實驗室合成納米鐵分散性好且氧化程度低,遷移效果優(yōu)于商用納米鐵.

2.4 納米零價鐵顆粒的穩(wěn)定性

圖3為腐蝕實驗中不同的PAA包覆濃度下實驗室合成納米零價鐵懸浮液pH值隨時間的變化曲線.可以看出,在不同的零價鐵懸浮液中,pH值基本保持穩(wěn)定不變.原因在于,納米零價鐵與水反應(yīng)消耗H+生成Fe2+之后,也會與水中的OH-結(jié)合生成氫氧化亞鐵沉淀.所以懸浮液是一個緩沖體系,pH值隨時間變化并不顯著.此外,pH值的大小順序為未包覆納米鐵(鈉離子溶液)>未包覆納米鐵(高純水)>10%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液)>20%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液).鈉離子溶液中碳酸氫鈉水解使得pH值升高,PAA(聚丙烯酸)的電離使得pH值降低.本實驗測得的pH值與理論相符.

圖3 腐蝕試驗中不同條件下的pH隨時間的變化曲線

圖4是實驗室合成納米鐵在不同包覆濃度及電解質(zhì)條件下的ORP隨時間變化曲線.氧化還原電位(ORP,oxidation reduction potential)表征了溶液中所有氧化還原電對的總體氧化還原性的強弱.ORP越低,還原態(tài)的還原性就越強.本實驗中,實驗室合成納米零價鐵在不同溶液中的還原性順序為未包覆納米鐵(鈉離子溶液)>未包覆納米鐵(高純水)>10%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液)> 20%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液).這也與pH值的大小順序相一致,原因在于,背景溶液pH值越高,溶液中的H+濃度越低,對零價鐵的保護作用也越明顯.已有的研究也表明,ORP隨著納米零價鐵含量的升高而下降,并且這兩個變量之間呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系[24].

圖4 腐蝕實驗中不同條件下ORP隨時間的變化曲線

圖5是實驗室合成納米鐵在不同包覆濃度及電解質(zhì)條件下Fe2+隨時間的變化曲線.從圖5中可以看出,未包覆的納米零價鐵反應(yīng)生成的Fe2+濃度很低,6h內(nèi)均接近于0;PAA包覆的納米零價鐵溶液中的Fe2+濃度均高于未包覆的納米零價鐵,呈先升高,后降低的趨勢.此外,PAA包覆濃度越高,生成的Fe2+濃度也越高.本實驗結(jié)果與ORP-時間曲線、pH值-時間曲線均保持一致,由于高純水和鈉離子溶液pH值較大,未包覆的納米零價鐵顆粒氧化程度低,腐蝕少;PAA包覆的納米零價鐵懸浮液中pH值較小,納米零價鐵氧化程度高,發(fā)生腐蝕產(chǎn)生Fe2+,隨著反應(yīng)的進行,Fe2+繼續(xù)反應(yīng)生成氫氧化物,因而濃度開始降低.

圖5 腐蝕實驗中不同條件下Fe2+隨時間的變化曲線

圖6為不同包覆量及電解質(zhì)條件下納米零價鐵含量隨時間的變化.從圖6可以觀察到,未包覆的納米零價鐵含量在不同電解質(zhì)溶液中隨時間變化并不明顯,而PAA包覆的納米零價鐵含量下降顯著.零價鐵在不同電解質(zhì)中的含量減少量大小順序為20%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液)>10%PAA包覆納米鐵(鈉離子溶液)>未包覆納米鐵(高純水)>未包覆納米鐵(鈉離子溶液),分別為62.5%,49.9%, 28.8%和8.1%.本實驗結(jié)果同樣表明PAA對納米零價鐵有一定的腐蝕作用,PAA濃度越高腐蝕作用越顯著.由于PAA含有羧基,電離生成的H+與ZVI發(fā)生氧化還原反應(yīng),因此PAA包覆量越大,溶液中的pH值越低,對零價鐵的腐蝕作用越強.零價鐵被氧化后的反應(yīng)產(chǎn)物為Fe2+,Fe2+與水中的DO反應(yīng)生成Fe3+,Fe3+的沉淀反應(yīng)消耗OH-,從而平衡了溶液中的pH值.

圖7是實驗室合成納米零價鐵在不同包覆濃度及電解質(zhì)條件下始末時間的XRD測試結(jié)果,起始樣品為零價鐵在溶液中攪拌均勻后所采的樣品.圖7中0~90°的2在44.75°和82.6°出現(xiàn)體心立方為-Fe0的(110)晶面和(211)晶面彌散衍射峰,因此這些峰對應(yīng)的均是零價鐵[25-26].

而在圖7中15~20°的位置出現(xiàn)的寬峰則為零價鐵氧化形成的非晶相氧化鐵的峰.對比圖7a、c、d、e,可以看到未包覆多聚物的零價鐵顆粒在高純水(a)和鈉離子溶液(c)中攪拌均勻后Fe(0)的峰高沒有明顯變化,而在10%以及20%的PAA中,Fe(0)的峰高有降低趨勢,尤其是在20%PAA中.XRD圖譜說明PAA包覆的零價鐵顆粒在腐蝕實驗中,Fe(0)在攪拌均勻后已發(fā)生腐蝕現(xiàn)象.在6h腐蝕試驗結(jié)束后,20%PAA包覆的Fe(0)峰強最低,說明零價鐵含量最少,這與零價鐵含量的測試結(jié)果一致.10%PAA包覆的零價鐵含量也有明顯降低,但是腐蝕程度輕于20%PAA包覆濃度下的零價鐵.零價鐵顆粒在水中以及鈉離子溶液中Fe(0)也均有損失,在鈉離子溶液中形成了可檢測到的非晶相氧化鐵.在10%的PAA溶液中,經(jīng)過6h的腐蝕也形成了可檢測到的非晶相氧化鐵.

圖6 實驗室合成納米鐵在不同條件下Fe0隨時間的變化

a:納米零價鐵(高純水) 0h;b:納米零價鐵(高純水) 6h;c:納米零價鐵(Na+(aq)) 0h;d:納米零價鐵(Na+(aq)) 6h;e: 10% PAA包覆的納米鐵(Na+(aq)) 0h;f: 10% PAA包覆的納米鐵(Na+(aq)) 6h;g: 20% PAA包覆的納米鐵(Na+(aq)) 2h;h: 10% PAA包覆的納米鐵(Na+(aq)) 6h

3 結(jié)論

3.1 PAA包覆層能有效提高納米零價鐵顆粒在均質(zhì)石英砂柱中的遷移距離,PAA包覆濃度越高,納米零價鐵穿透距離越長,20%PAA包覆濃度下納米零價鐵的穿透距離可達(dá)6.00cm.

3.2 商用納米零價鐵的遷移性受PAA包覆層影響小,實驗室合成納米零價鐵的遷移性受PAA包覆層影響大.一般情況下,商用納米鐵腐蝕程度小,穿出率高于實驗室合成納米鐵.但在10%的PAA包覆濃度(最佳包覆量)下,實驗室合成納米零價鐵的遷移性優(yōu)于商用納米零價鐵.

3.3 10%的PAA包覆濃度下實驗室合成納米零價鐵的遷移性最佳,在10cm石英砂柱中的穿出率可達(dá)58.65%.

3.4 PAA所含羧基電離出來的氫離子對零價鐵有腐蝕作用.20%的PAA包覆濃度下的納米零價鐵含量6h內(nèi)降低62.5%;10%的PAA包覆濃度下納米零價鐵含量6小時內(nèi)降低49.9%.

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Transport of PAA modified nanoscale zero-valent iron in water saturated porous media.

ZHANG Jin, WEI Cai-jie*, BAI Ge, YANG Chao-guang, WANG Xiao-mao*, YANG Hong-wei, XIE Yue-feng

(State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)., 2018,38(10)：3747~3754

To investigate the transport capability of nZVI in porous media, laboratory experiments including column and corrosion studies were conducted to investigate the transport capability of nanoscale zero-valent iron (nZVI) coated by different concentrations of polyacrylic acid (PAA) in quartz-sand filled porous medium and to observe their activity change after 6 hours’ exposure to different electrolyte solutions. Utilizing transport distance and penetration rate, the transport performance of different iron materials in porous sandy media was characterized. The corrosion rate of nZVI in electrolyte solution was characterized by pH, ORP, Fe2+concentration, XRD and Fe0content changing curves with time. PAA adsorption on nZVI surface effectively improved transport performance of nZVI, but the corrosion raised by the PAA adsorption had been observed. Laboratory synthesized nanoscale zero-valent iron coated by 10% PAA presented the best performance in column test, with the penetration rate of 58.65% and Fe0content moderately lost after 6 hours corrosion in electrolyte solution, which was less than the sample with 20% PAA adsorbed. Considering both the mobility in porous media and the reserved reactivity after aging for the nZVI with PAA modified, this study concludes that laboratory synthesized nZVI coated by 10% PAA is preferred for in-situ groundwater contamination remediation.

nanoscale zero-valent iron (nZVI)；polyacrylic acid (PAA)；transport；corrosion

X523

A

1000-6923(2018)10-3747-08

張 瑾(1995-),女,學(xué)士,研究方向為納米零價鐵在多孔介質(zhì)中的遷移行為研究.

2018-02-12

國家自然科學(xué)基金(51608299),國家科技重大水專項(2015ZX07406005-003)

* 責(zé)任作者, 魏才倢, 研究員, cjwei@mail.tsinghua.edu.cn; 王小亻毛, 副教授, wangxiaomao@tsinghua.edu.cn