pH影响纳米零价铁吸附五价砷的双重机制：静电作用与零价铁腐蚀

　　砷(As)是一种广泛存在于地下水中的剧毒无机污染物，对人类健康造成了严重威胁。纳米零价铁(nZVI)作为最常用的砷的吸附剂之一，其对As的吸附机理受到广泛研究。由于As(V)在饮用水中大多以阴离子形式存在，nZVI吸附As(V)的效果也受到pH变化的显著影响。研究者普遍认为pH变化影响nZVI吸附As(V)的机制在于静电作用，却忽视了nZVI在不同pH条件下腐蚀情况不同而造成的吸附能力的差异。华南理工大学环境与能源学院的一个课题组基于ZVI与nZVI对As(V)吸附能力的不同，对pH影响nZVI吸附As(V)的机制进行了深入研究，相关研究成果发表在2017年6月5日的《Environmental Science: Nano》上。 

　　该课题组发现，溶液初始pH的变化并不会改变ZVI物相组成，pH影响ZVI吸附As(V)的途径主要为静电作用。然而对于nZVI，随着初始pH的增加，其腐蚀产物中γ-FeOOH的含量逐渐减少，Fe₃O₄/γ-Fe₂O₃的含量逐渐增加，而后者对As(V)有更强的吸附能力。因此，随着溶液初始pH的增加，腐蚀产物的变化使得nZVI吸附As(V)的能力变强，部分抵消在此过程中静电斥力带来的消极影响。即pH影响nZVI吸附As(V)的机制除了静电作用，还包括nZVI自身的腐蚀作用。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）X射线吸收谱技术获得的吸附As(V)后的nZVI样品Fe的K边XANES图谱以及LCF结果。在初始pH为4时，nZVI的腐蚀产物主要为纤铁矿（γ-FeOOH），还含有少量的磁铁矿（Fe₃O₄）和磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）。而初始pH为7时，腐蚀产物中γ-FeOOH、Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃的含量分别为61.0%、7.2%和31.8%。初始pH为10时，腐蚀产物中γ–FeOOH、Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃的含量分别为24.4%、16.6%和59.0%。随着pH的增加，γ-FeOOH的含量显著下降，由81.8%下降到24.4%；而Fe₃O₄/γ-Fe₂O₃的含量则急剧上升，由18.2%上升到75.4%。而不同的铁（氢）氧化物对As(V)的吸附能力不同。 

　　发表文章： 

Can Wu, Jingwei Tu, Weizhen Liu, Jing Zhang, Shengqi Chu, Guining Lu, Zhang Lin* and Zhi Dang. The double influence mechanism of pH on arsenic removal by nano zero valent iron: electrostatic interactions and the corrosion of Fe ⁰. Environ. Sci. Nano 2017, 4 (7), 1544–1552.