MXene限域硫化零价铁同步去除Cr(VI)与Cr(III)：还原转化与协同固定机制研究

针对零价铁(Fe0)易氧化团聚导致铬污染修复效率低的问题，研究人员通过静电自组装构建MXene限域硫化铁(xS-Fe0@MXene)复合材料，实现Cr(VI)高效还原(102.9 mg·g?1)与Cr(III)同步固定(97.5%-99.9%)，在pH 2-9.5范围内展现卓越稳定性，为重金属污染治理提供新策略。

　　

【研究背景】
铬污染是工业废水治理的世界性难题，其中高毒性的Cr(VI)具有强迁移性和致癌性，而传统处理技术往往忽视其还原产物Cr(III)的二次污染风险。零价铁(Fe⁰)虽能还原Cr(VI)，但易被氧化钝化且颗粒团聚严重；MXene作为新型二维材料具有负电表面和层状结构，却鲜少用于重金属协同去除。如何突破材料限制，实现Cr(VI)/Cr(III)同步高效去除，成为环境领域亟待解决的科学问题。

【研究方法】
中国研究人员通过静电吸附-还原-硫化三步法，将不同硫铁比(x=1-6)的硫化零价铁(S-Fe⁰)限域在MXene层间，制备xS-Fe@MXene复合材料。采用SEM/EDS/XPS等技术表征材料结构，通过批实验考察pH/干扰离子等因素影响，结合动力学模型和电子贡献率计算揭示作用机制。

【研究结果】

1. 材料表征：SEM显示MXene保持层状结构，S-Fe⁰颗粒(100-200 nm)均匀分散于层间，XPS证实Fe⁰核与FeS_x壳层结构形成。
2. 性能优化：4S-Fe⁰@MXene在pH=5时Cr(VI)去除量达102.9 mg·g^?1，较Fe⁰提升106%，pH 2-9.5范围内Cr(VI)去除率保持68.4%-100%。
3. 机制解析：72.5%的Cr(VI)通过Fe⁰核直接还原，MXene通过-OH/-F基团固定97.5%-99.9%的Cr(III)，抑制其再氧化。

【结论意义】
该研究创新性地将MXene的限域效应与S-Fe⁰的电子传递特性结合，首次实现Cr(VI)-Cr(III)全程去除，发表于《Separation and Purification Technology》。4S-Fe⁰@MXene的强抗干扰能力(pH/离子强度)为实际废水处理提供可能，其"还原-固定"双功能设计思路对其他重金属治理具有借鉴价值。