零价铁@四氧化三铁核壳纳米线同步稳定化与磁分离修复砷锑共污染土壤的机制研究

针对工业土壤中砷(As)和锑(Sb)协同迁移导致的持久性污染问题，研究人员开发了ZVI@Fe3O4核壳纳米线，通过抑制颗粒团聚（比表面积提升4.94倍）实现As/Sb同步稳定（效率达98.8%/95.9%），并利用88.03 emu·g-1饱和磁化强度实现干法磁分离，为重金属污染土壤修复提供创新策略。

　　

工业土壤中砷(As)和锑(Sb)的协同污染是矿业活动带来的全球性环境难题。这两种类金属在矿床中的地球化学共生特性，导致它们在冶炼区土壤中形成顽固的复合污染。现有研究多聚焦单一污染物治理，而实际污染场景中As/Sb的协同迁移效应常被忽视。更棘手的是，传统零价铁(ZVI)稳定剂因颗粒快速团聚导致反应表面积骤减，对As/Sb的固定效率仅达13.6%-22.4%，远未达到Ⅳ类地下水质量标准(As≤0.05 mg/L；Sb≤0.01 mg/L)。此外，稳定化技术固有的缺陷——气候风化导致的金属再释放风险，始终是悬在环境修复领域的达摩克利斯之剑。

哈尔滨工业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表突破性成果，通过原位还原法设计出ZVI@Fe₃O₄核壳纳米线，不仅实现As/Sb高效同步固定，更开创性地引入干法磁分离技术。该研究采用控制变量法优化ZVI/Fe₃O₄质量比(0.25:1至4:1)，通过BET比表面积测试、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)表征材料特性，结合TCLP毒性浸出实验评估稳定化效率，并利用X射线光电子能谱(XPS)解析反应机制。

材料特性突破
链状核壳结构使ZVI@Fe₃O₄比表面积达未改性ZVI的4.94倍，饱和磁化强度88.03 emu·g^-1。这种独特结构有效抑制了颗粒团聚，为后续反应奠定基础。

稳定化性能
在5%投加量下，对As/Sb的稳定效率分别达98.8%-99.7%和92.4%-95.9%，浸出浓度显著低于Ⅳ类水质阈值。土壤湿度实验证实其环境适应性。

磁分离创新
干法磁分离可去除39.68%-90.71%的固定态As/Sb，解决了稳定化技术无法彻底去除重金属的痛点。

作用机制
ZVI@Fe₃O₄腐蚀转化为纤铁矿(γ-FeOOH)是关键：一方面通过表面吸附捕获As(V)/Sb(V)，另一方面形成FeAsO₄·2H₂O和FeSb₂O₄共沉淀。XPS证实As 3d和Sb 3d特征峰向高结合能偏移，表明形成铁-类金属氧配位结构。

这项研究开创了重金属污染土壤"稳定化-分离"双效修复新模式。ZVI@Fe₃O₄核壳纳米线不仅突破传统ZVI的技术瓶颈，其磁分离特性更规避了稳定剂的长期失效风险。该材料在Harbin工业场地土壤中的成功应用，为全球矿区污染治理提供了可推广的解决方案，尤其对地质成因相似的As/Sb共污染区域具有普适价值。研究团队特别指出，未来需考察实际环境复杂基质(如有机质竞争吸附)对材料性能的影响，以进一步优化工程应用参数。