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1.3.1 Cr(Ⅵ)的初始浓度
土壤中Cr(Ⅵ)的初始浓度对修复效果影响很大,Cr(Ⅵ)的去除效率随着初始浓度的增加而显著降低,Reyhanitabara等的研究也证实了这一点。其主要原因是nZVI表面的活性位点足够去除低浓度Cr(Ⅵ),而当土壤中Cr(Ⅵ)的浓度增加到一定的量时,nZVI则会因为表面的活性位点被完全占据而导致还原能力下降。
1.3.2 nZVI的投加量
nZVI的投加量是影响修复效果的重要因素,土壤中Cr(Ⅵ)的修复效果与nZVI投加量呈显著正相关性,这在Du等的研究中也得到证实。这主要是因为增加nZVI的投加量,既增大了反应的表面积,又提供了更多的反应活性位点,从而提高了反应速率。目前较多数研究探究了nZVI的最佳用量,其原因主要是nZVI制备成本较高,且过多的nZVI进入土壤中,会影响土壤结构,不利于土壤的再利用及植物的再生长。
1.3.3 反应时间
nZVI去除土壤中Cr(Ⅵ)的效果与反应时间相关。nZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果是随着反应时间延长而提高,而去除率是随着反应时间延长而变小,其原因主要是随着反应的进行,nZVI表面会形成惰性膜,阻碍了后续反应的进行。Reyhanitabara等的研究表明,在反应开始的前2 min内接近于50%Cr(Ⅵ)被固定,之后随着时间的延长而逐渐增加,3 h时固定率达到94.4%。
1.3.4 改性材料
改性材料的用量对nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的效果有很大的影响。增加改性材料的用量能提高nZVI对Cr(Ⅵ)的去除率,这主要是因为对nZVI进行改性可以解决纳米零价铁自身的不足,保持其反应活性与稳定性。当改性材料用量过多时,去除效率会随之降低,其原因可能是过量的改性材料占据了nZVI的表面,抑制nZVI表面的电子向Cr(Ⅵ)的转移,从而阻止反应的进行。如Wang等的研究表明,当CMC浓度分别是0、0.1、0.3、0.5、1 g˙L-1时,CMC-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除率分别是52%、69%、77%、94%、88%。Li等的研究也表明同样的规律,确定了硅砂负载型nZVI中硅砂的最佳比例为85 wt%。
1.3.5 土壤本身的理化性质
土壤本身的理化性质主要包括土壤种类、土壤溶液的pH值、土壤空隙率、含水率、土壤中有机质的存在(如腐植酸)与土壤中离子种类及浓度(Ca2+、Na+)等,都对nZVI去除土壤中Cr(Ⅵ)污染物有很大的影响。如Bae等的研究表明,溶液的pH值影响铁基材料的反应速率,材料的表面电荷也与pH值密切相关;Du等的研究表明,在含水量充足时,nZVI对铬矿加工残留物中的Cr(Ⅵ)还原效果很好,其原因是充足的水量能促进nZVI中的电子转移到铬矿加工残留物中。
展望
近些年,越来越多的学者关注于nZVI改性技术的研究,旨在解决nZVI易团聚、易氧化,流动性及稳定差等缺点,以使nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的潜力得到充分的发展。然而,nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤还存在一些问题:
(1)nZVI制备成本较高,不宜用于大规模的场地修复中,如何有效地降低nZVI制备成本是实际应用中急需解决的问题;
(2)nZVI对土壤中Cr(Ⅵ)的修复机制还不明确,即nZVI修复Cr(Ⅵ)是直接还原为主还是间接还原为主,以及还原产物存在的形态如何,这些都是今后值得进一步研究;
(3)nZVI修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,修复过程中会改变土壤结构,不利于土壤的再利用及植物的再生长;且修复后nZVI难以回收,其在土壤中的毒性机制具有不确定性;
(4)nZVI修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,降低了Cr(Ⅵ)的迁移性及生物利用性,但Cr总量未减少,一旦土壤环境发生变化,当其生物利用性逐渐增加时,会造成二次污染,因此,可以考虑将nZVI技术与农业工程技术相结合,使还原后的铬完全从土壤中清除;
(5)目前的研究大多数只是实验室研究,为了使nZVI修复Cr(Ⅵ)污染土壤的技术更好地推广到实际应用中,还需要考虑与其他污染物共存下对修复效果的研究,因此,应进行场地修复试验。
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