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为解决水中铬（Cr）污染及传统修复方法局限问题，研究人员开展钯纳米颗粒（PdNPs）与生物膜耦合对 Cr (VI) 和硝酸盐共还原研究。结果显示，Pd - 生物膜反应器性能更优。该研究为处理 Cr 污染水提供有效技术。
在工业蓬勃发展的当下，水资源却面临着严峻的挑战。铬（Cr）作为一种广泛应用于石油精炼、电镀、皮革鞣制等众多工业领域的重金属，其随着工业废水排放，悄无声息地污染着地下水、地表水乃至饮用水。铬在水中主要以六价铬（Cr (VI)）和三价铬（Cr (III)）的形态存在。其中，Cr (III) 相对毒性较低，可通过沉淀的方式从水中去除；而 Cr (VI) 毒性极强，传统的吸附或沉淀方法对其束手无策。它就像隐藏在水中的 “健康杀手”，悄咪咪地威胁着人体的心血管系统和消化系统，各国都对饮用水中的铬含量制定了严格标准 ，美国环境保护署（EPA）规定饮用水中铬的最大污染物水平（MCL）为 100 μg?L?1，欧盟更为严格，限定在 50 μg?L?1，德国甚至低至 5 μg?L?1。
为了应对这一难题，科研人员不断探索。生物法去除 Cr (VI) 虽成本低、可持续性好，但启动时间长、Cr (VI) 负载量有限，还容易受到水中氧气和硝酸盐的抑制；催化氢化法，尤其是使用铂族金属，虽能快速将 Cr (VI) 还原为 Cr (III)，可传统的钯（Pd）基催化方法却面临氢气供应不足和催化剂失活的困境。就在此时，钯化膜生物膜反应器（Pd-MBfR）崭露头角，它能确保氢气充分利用，还能促进微生物驱动的 Pd 回收，形成与生物膜相关的钯纳米颗粒（PdNPs，一种具有特殊功能的纳米级钯粒子），有望高效去除水中的铬。然而，硝酸盐作为水中常见的伴生污染物，其在 Pd - 生物膜系统中对 Cr (VI) 还原的影响复杂，且诸多因素对 Pd-MBfR 系统中 Cr (VI) 协同去除的作用尚不明确。
在此背景下，来自未知研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》上。此次研究意义重大，若能明晰各因素对 Cr (VI) 还原的影响，找到最佳反应条件，将为处理含铬污染水提供强有力的技术支持，守护人们的用水安全。
研究人员开展研究时，运用了多个关键技术方法。首先搭建了两个并行运行的反应器，一个是含有钯纳米颗粒与生物膜耦合的 Pd - 生物膜反应器，另一个是作为对照的普通生物膜反应器，以此对比研究两者对 Cr (VI) 和硝酸盐的还原效果 。通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和透射电镜能谱分析（TEM-EDX）来研究生物源钯纳米颗粒的大小、形态和分布情况。此外，还利用高通量测序技术，确定 Pd - 生物膜中起关键作用的微生物种类。
反应器性能对比
研究人员进行了连续 55 天的实验，结果令人眼前一亮。Pd - 生物膜反应器在 Cr (VI) 还原方面展现出压倒性优势，能迅速将 Cr (VI) 还原，出水的 Cr (III) 浓度低于 0.040 mg/L，而对照的生物膜反应器出水 Cr (III) 浓度却高达 0.3 mg/L。这表明，钯纳米颗粒与生物膜的耦合极大地提升了 Cr (VI) 的还原效率。
微生物群落分析
借助高通量测序技术，研究人员发现，在 Pd - 生物膜中，Dechloromonas（一种微生物）成为优势菌种。它在金属离子还原过程中扮演着至关重要的角色，为 Cr (VI) 的还原提供了生物助力。
不同条件对反应器性能的影响
研究人员还进行了一系列短期测试，探究不同条件对 Pd - 生物膜反应器性能的影响。当进水 Cr (VI) 负载量高达 10 mg/L 时，对照生物膜反应器的还原过程受到明显抑制，而 Pd - 生物膜反应器的 Cr 去除率仍能达到 99%。增加硝酸盐负载和氢气压力后，Pd - 生物膜反应器的性能进一步提升，且未对 Cr (VI) 还原造成负面影响，因为 Cr (VI) 优先作为电子受体参与反应。而普通生物膜反应器要达到类似效果，则需要氢气压力≥15 psig 。在 pH 影响方面，Pd - 生物膜反应器中 Cr (VI) 还原的最佳 pH 范围是 5.0 - 8.0，普通生物膜反应器则为 7.0，并且在两个系统中，碱性条件对反应的抑制作用都比酸性条件更强。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：原位生成的钯纳米颗粒与生物膜形成稳定的 Pd - 生物膜，能够显著增强 Pd-MBfR 系统中 Cr (VI) 的还原能力。在多种条件下，Pd - 生物膜反应器的 Cr (VI) 还原性能都优于普通生物膜反应器。
这项研究为处理铬污染水体提供了新的技术思路和理论依据。Pd - 生物膜反应器展现出的高效 Cr (VI) 还原能力，使其在实际应用中极具潜力。不过，研究也存在一定的局限性，例如实验主要在实验室条件下进行，与实际复杂的水体环境可能存在差异。未来，还需进一步开展中试或现场实验，验证该技术在实际工程中的可行性和稳定性。但不可否认，此次研究为解决铬污染问题打开了新的大门，为保障水资源安全贡献了重要力量。
