生物炭-β-环糊精缓释纳米零价铁复合材料的长期地下水三氯乙烯去除特性与机制研究

为解决纳米零价铁(nZVI)易团聚、反应活性衰减快等问题，北京科学技术研究院团队通过生物炭(BC)负载与β-环糊精(βCD)封装技术，开发出新型缓释复合材料BC@nZVI-βCD。研究表明，该材料3小时内TCE去除率达97%，86天柱实验仍保持78.6%效率，突破传统nZVI技术瓶颈，为地下水持久性有机污染修复提供创新解决方案。

　　

三氯乙烯(TCE)作为工业溶剂和清洗剂，因其不当处置已造成全球性地下水污染，传统修复技术面临材料易失活、长效性不足等挑战。北京科学技术研究院团队创新性地将生物炭(BC)的高吸附特性与β-环糊精(βCD)的分子封装能力相结合，开发出具有缓释功能的BC@nZVI-βCD复合材料，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用扫描电镜(SEM)、比表面积分析(BET)等技术表征材料特性，通过批实验和砂柱实验评估TCE去除动力学及长效性能。关键发现包括：BC载体使nZVI比表面积提升3.2倍，βCD形成的纳米裂纹结构实现铁离子可控释放；伪二级动力学模型拟合显示3小时去除率97%，14天降解率92.7%；砂柱实验中前32天去除率稳定在94%以上，86天仍达78.6%。

材料表征
SEM显示BC的层状结构为nZVI提供均匀分散位点（图1a-b），βCD封装形成表面纳米裂纹（图1c-d），XRD证实复合材料成功保留零价铁活性。

BC的协同作用
BC不仅抑制nZVI团聚，其吸附特性使TCE富集在反应位点附近，柱实验中BC的持水能力还延长了污染物-材料接触时间。

βCD的缓释机制
βCD通过分子包合作用延缓nZVI氧化，电镜能谱(EDS)显示铁元素在86天后仍保持梯度释放，突破纯nZVI的"自钝化"限制。

长效降解机理
拉曼光谱证实βCD-铁络合物促进电子转移，TCE主要通过还原脱氯路径降解，最终产物以非毒性乙烯为主。

该研究通过BC与βCD的"吸附-缓释"协同效应，将nZVI技术寿命延长至传统方法的3倍以上。 Tianwen Zheng团队指出，这种"载体-封装"双功能设计策略可推广至其他纳米材料改性领域，对复杂地质条件下的污染场地修复具有重要实践价值。研究同时建议未来应关注复合材料在实际含水层中的迁移性能及生态安全性评估。