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nZVI在修复Cr(Ⅵ)污染土壤的过程中会造成土壤板结及二次污染,针对这一问题,近年来研究者趋向于将nZVI与有机肥或炭基材料(活性炭、生物炭等)联合使用来克服这一难题。如Vemula M等将CMC-nZVI与农场粪肥混合修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,结果显示,当CMC-nZVI的量从0.1 mg˙100 g-1增加到0.3 mg˙100 g-1和农场粪肥的量从50 mg˙100 g-1增加到100 mg˙100 g-1时,Cr(Ⅵ)的还原率可从60%增加到80%;Helen E Sneath等的研究表明,使用5% W˙W-1 Fe屑和1% W˙W-1生物炭联合修复矿山弃土,相比于5% W˙W-1 Fe屑单独修复,太阳花根、茎的生物量增加了400 mg。研究表明,炭基材料主要有以下特性:
(1)炭基材料富含有机质及N、P、K等营养元素,可以提高土壤肥力;
(2)炭基材料比表面积较大,pH值较高且表面有较多的羟基、羧基和羰基官能团,可以降低重金属的迁移能力及生物可利用性;
(3)炭基材料具有较丰富的孔隙结构,与nZVI联用可以疏松土质,减少nZVI对土壤孔隙的阻塞,进而缓解nZVI造成的土壤板结现象;
(4)炭基材料可阻止nZVI表面形成氧化膜,增加其活性,且由于其表面有较多负电荷,易吸附与固定阳离子,进而减少铁离子的释放。总之,将nZVI与有机肥或炭基材料联用修复Cr(Ⅵ)污染的土壤既能提高其对Cr(Ⅵ)修复效率、降低Cr(Ⅵ)的生物可利用性,还可以改善土壤结构、提高土壤肥力,且有机肥或炭基材料成本低廉,来源广泛,是以后发展研究的主要趋势。
目前,大多数nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的研究还处于实验室小型试验阶段,很少是半工业规模与场地修复。Singh等在污染场地进行土料堆实验,测试了nZVI场地修复Cr(Ⅵ)的有效性,但只是简单测试其对Cr(Ⅵ)的修复效果,并未对影响修复效果的环境条件进行测定。Jan等研究了nZVI原位修复Cr(Ⅵ)及其对土著微生物群落的影响,是首次描述nZVI在真实的环境条件下用于场地修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,并对生态毒性进行评估的研究。由于真实的土壤环境是一个复杂体系,因此,为了使nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的技术推广到实际应用中,还需要开展更多的中试试验和场地修复试验。
1.2 修复机理
目前多数研究表明nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的机理主要是还原固定作用,其主要通过以下2种途径:
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