磷酸化零价铁复合材料：通过原位Fe-Cu电偶耦合与Zn介导的钝化抑制协同去除多重重金属

针对零价铁(ZVI)表面钝化及多重重金属污染治理难题，研究人员开发了磷酸化ZVI/PR复合材料，通过机械球磨法合成自激活界面材料。该材料利用PO43-诱导腐蚀促进Fe(II)持续释放，在Cu(II)-Cr(VI)和Zn(II)-Cr(VI)二元体系中分别实现97%和77%的Cr(VI)去除率，反应速率提升1.4-4.34倍，为工业废水处理提供经济高效的解决方案。

　　

论文解读

重金属污染治理是环境科学领域的重大挑战。电镀、冶金和制革等行业排放的废水中常含有剧毒的六价铬(Cr(VI))与铜(Cu(II))、锌(Zn(II))等阳离子重金属混合物，这些污染物不仅威胁生态系统稳定，更通过食物链累积危害人类健康。传统零价铁(ZVI)虽能还原Cr(VI)，但其表面易形成致密氧化层导致钝化，且对共存阳离子金属吸附能力有限。更棘手的是，可溶性磷酸盐修饰ZVI虽能提升活性，却可能造成二次磷污染。如何突破这些技术瓶颈，实现多重污染协同治理，成为环境修复领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，中国研究人员采用天然磷酸盐岩(PR)作为不溶性磷酸盐源，通过机械球磨法制备出磷酸化零价铁复合材料(ZVI/PR)。这项发表于《Applied Surface Science》的研究，创新性地利用PO₄^3-诱导的腐蚀作用打破ZVI表面钝化层，同时通过原位形成Fe-Cu双金属界面与Zn介导的钝化抑制机制，实现了Cr(VI)、Cu(II)、Zn(II)的高效同步去除。研究团队运用机械球磨复合技术将ZVI嵌入PR矿物晶格，通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料形貌，结合动力学实验与表面化学分析揭示协同作用机制。

材料表征
ZVI/PR呈现致密球状聚集结构，球磨工艺使ZVI均匀分散于PR基质中。能谱分析证实Fe(0)颗粒表面成功负载磷酸盐基团，为后续金属吸附提供活性位点。

性能评估
在单一Cr(VI)体系中，ZVI/PR的24小时去除率达70%。引人注目的是，Cu(II)共存时Cr(VI)去除率跃升至97%，反应速率常数(k)提升4.34倍；Zn(II)存在时则达77%去除率，k值提高1.4倍。这种"污染物促进污染物去除"的反常现象，源于独特的协同路径：

作用机制

1. 电偶耦合效应：吸附在ZVI/PR表面的Cu(II)被还原为Cu(0)，形成Fe-Cu双金属界面。这种原位构建的原电池体系显著加速电子从铁核向污染物的转移，使Cr(VI)还原效率倍增。
2. 钝化抑制机制：Zn(II)通过竞争吸附阻止Fe³⁺氧化层形成，维持ZVI表面活性位点，使材料保持长期反应活性。

结论与意义
该研究开创性地将工业副产品PR与机械化学活化相结合，开发出成本低廉的表面工程策略。ZVI/PR通过可控界面腐蚀与电子传递调控，实现了三重突破：突破ZVI钝化瓶颈、规避二次磷污染风险、完成多污染物协同去除。相比传统工艺，该方法无需添加昂贵催化剂，仅利用污染物自身的相互作用即可提升处理效能，为复杂工业废水治理提供了"以废治废"的新范式。特别值得关注的是，研究中发现的Zn(II)钝化抑制效应与Cu(II)原位电偶形成机制，为设计新一代环境功能材料提供了理论依据。这项技术有望在电镀废水、矿山排水等重金属复合污染场景中实现规模化应用，推动绿色修复技术的发展。