《Journal of Water Process Engineering》：Stability of RL-modified n-FeS and its mechanisms for Cr(VI) removal efficiency
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本研究采用胞外解脂耶氏菌产生的脂肽（RL）修饰纳米级硫化亚铁（n-FeS），通过静电排斥和空间位阻增强其稳定性。实验表明，RL-n-FeS在180分钟内Cr(VI)去除率达76.87%，且长期储存（63天）后仍保持高效还原性，在4℃、25℃、40℃及光照下均表现良好稳定性，并有效抑制Cr(VI)与有机质的二次释放。该材料为重金属污染治理提供了高效、稳定的解决方案。
作者：史凯攀、安俊峰、徐琳、尹莉、彭春青、张勇、李世银、倪立晓
单位：南京师范大学环境学院，中国南京 210023
摘要
稳定的纳米级硫化亚铁（n-FeS）因其优异的性能而被广泛用于重金属修复。然而，在实际应用中，稳定的n-FeS必须应对与使用寿命和多种环境因素相关的挑战。本研究探讨了鼠李糖脂（RL）稳定的n-FeS（RL-n-FeS）的短期和长期有效性及其对环境因素的响应。结果表明，RL通过空间位阻和静电排斥作用增强了n-FeS的稳定性。在180分钟内，RL-n-FeS通过快速吸附和还原作用实现了76.87%的六价铬（Cr(VI)去除率。共存离子显著促进了Cr(VI)的去除，而腐殖酸的影响较小。值得注意的是，RL-n-FeS在长期储存后仍保持了良好的还原性。在厌氧条件下储存63天后，其Cr(VI)去除率仍为73.32%，比未经改性的n-FeS高出53.87%。RL-n-FeS在各种温度（4°C、25°C、40°C）和光照条件下长期储存时表现出比普通n-FeS更优异的稳定性和还原性。此外，在RL-n-FeS长期去除和固定六价铬的过程中形成的混合沉积物也表现出良好的稳定性。六价铬和有机物没有重新释放到水中，从而防止了二次污染。这些发现为开发高效、绿色且持久的n-FeS修复材料提供了理论指导，对实际的水处理重金属污染具有重要意义。
引言
基于铁的材料因其高效性和环保性而越来越受到环境修复领域的青睐[[1], [2], [3]]。纳米级硫化亚铁（n-FeS）是一种强还原性的铁基材料[[4]]，对氧化还原敏感的污染物具有很高的去除效果[[5], [6], [7]]。然而，纳米颗粒之间的范德华力及其强还原性导致n-FeS容易聚集和氧化，从而失去活性[[8], [9], [10]]。这种不稳定性使得其储存和运输变得复杂，限制了其在环境中的应用[[11,12]]。为了解决这个问题，研究人员正在探索合适的稳定剂来提高FeS的稳定性和分散性。为此，研究人员主要通过稳定剂涂层（例如使用羧甲基纤维素（CMC）[13]、聚丙烯酸（PAA）[14]和明胶[15]）来开发稳定的n-FeS材料。支撑材料将n-FeS分散到多孔材料上，如金属有机框架（MOFs）[16]、硅藻土（DT）[17]和生物炭[18]上，以防止聚集并保持活性。然而，尽管当前的研究主要集中在提高短期活性和稳定性上，但n-FeS的实际应用需要解决其在多种环境因素下的长期老化问题。在长时间的水处理过程中，稳定性和活性的变化仍不清楚，且稳定化n-FeS材料可能带来的二次污染风险需要进一步研究。
鼠李糖脂（RL）是一种由Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027产生的阴离子表面活性剂，具有高度特异性、可生物降解性和无毒性[[19], [20], [21]]。这些特性使RL成为一种广泛研究的生物表面活性剂，常用于材料改性。例如，RL改性已被证明可以增强纳米级铁基材料的活性并抑制其氧化[[22,23]]。与这些合成聚合物（CMC和PAA）相比，RL由于其生物来源和形成坚固保护层的潜力，提供了一种更“绿色”的替代品。尽管RL对铁基材料的短期和长期稳定性有显著效果，但其影响尚未得到充分研究。这一知识空白突显了明确RL对n-FeS稳定机制和持久效果的重要性。
六价铬（Cr(VI)）是一种高毒性和迁移性强的重金属污染物，对生态系统构成严重威胁[[24,25]]。由于n-FeS对Cr(VI)的去除依赖于还原反应，其去除效率是衡量n-FeS活性的可靠指标[[26]]。因此，本研究选择Cr(VI)作为目标污染物，并采用共沉淀法合成了RL-n-FeS。本研究的目标是：1）评估RL-n-FeS的短期稳定性和活性以及各种水化学成分对其活性的影响；2）评估RL-n-FeS的长期稳定性及其对不同环境因素的响应；3）研究RL-n-FeS与Cr(VI)的共沉淀稳定性并评估相关的二次污染风险。
化学试剂
腐殖酸（HA，≥90%）和鼠李糖脂（RL，≥95%）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国）。七水合硫酸亚铁（FeSO?·7H?O，≥99.0%）、九水合硫化钠（Na?S·9H?O，≥98.0%）、氯化钙（CaCl?，≥99.0%）、氯化镁（MgCl?，≥98.0%）、重铬酸钾（K?Cr?O?，≥99.8%）和氢氧化钠（NaOH，≥96.0%）购自中国药化试剂有限公司。所有溶液均使用去离子水配制。
RL-n-FeS的合成
表征
扫描电子显微镜（SEM）用于研究RL对n-FeS分散性和形态特性的影响。如图2a和b所示，未经改性的n-FeS颗粒呈光滑球形，具有强烈的聚集性和紧密堆积。相比之下，RL-n-FeS（图2c和d）的排列更为松散、无序，表面较粗糙，表明其分散性得到了改善。能量色散X射线光谱（EDS）进一步揭示了...
结论
总之，本研究成功开发了一种鼠李糖脂改性的纳米硫化亚铁（RL-n-FeS）复合材料，显示出优异的长期稳定性和环境适应性，比传统的n-FeS有了显著进步。关键创新在于RL涂层，它提供了增强的静电和空间位阻稳定作用，有效防止了n-FeS的聚集和氧化。这种改性使RL-n-FeS能够保持较高的Cr(VI)去除效率。
作者贡献声明
史凯攀：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、软件使用、实验设计、资金获取、数据分析、概念构建。
安俊峰：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据分析、概念构建。
徐琳：撰写 – 原稿、数据管理、概念构建。
尹莉：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据分析。
彭春青：软件使用、方法学设计。
张勇：撰写 – 审稿与...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：51979137和51779079）、江苏省科技计划项目（项目编号：BE2023825）和江苏省研究生研究与实践创新项目（项目编号：KYCX24_1881）的支持。本研究的结果不一定代表资助机构的观点。
