短时金属离子辅助湿法球磨增强零价铁对金属（类金属）的去除性能

《Process Safety and Environmental Protection》：Short-time wet ball milling assisted by metal ions enhances the performance of zerovalent iron for metal(loid) removal

　　

摘要

湿法球磨能够增强零价铁（ZVI）去除金属（类金属）污染物的性能，但实现高反应活性通常需要较长的研磨时间，因为短时间研磨容易导致钝化。本研究开发了一种金属离子辅助湿法球磨策略，通过将机械改性与其原位双金属界面形成相结合，克服了短时间研磨过程中的钝化问题。通过向研磨介质中引入Co2?、Ni2?和Cu2?，在1小时内的研磨过程中即可形成Fe–Co、Fe–Ni和Fe–Cu界面。所得材料对八种代表性金属（类金属）污染物表现出极高的去除速率，当使用ZVI-Co??去除Pb(II)时，速率常数最高可达原始ZVI的6598倍，最高可达钝化ZVI??的27713倍。机理分析表明，Fe–金属界面促进了电偶腐蚀及ZVI的电子转移，从而加速了活性铁物种的生成，并通过不同途径促进污染物去除。成本分析进一步表明，双金属材料的预估处理成本显著低于使用原始ZVI的成本。本研究为快速制备高反应活性ZVI基材料提供了一种简单高效的途径，并为其在废水中去除金属（类金属）污染物的应用提供了新的见解。

章节片段

引言

重金属和类金属污染是当前最严峻的环境挑战之一（Zhang等，2022；Su等，2018）。这些金属（类金属）来源于工业废水的持续排放，对人类健康和生态系统构成威胁（Wang和Guo，2023；Shirani等，2020）。已开发多种策略用于去除这些污染物，包括离子交换（Li等，2019）、吸附（Liu等，2022a）和化学沉淀（Chen等，2018；Zhang等，

材料

本研究使用的ZVI购自雅安赛威尔科技有限公司。硒酸钠（Na?SeO?，AR）购自山东希亚试剂有限公司。亚砷酸钠（NaAsO?，AR）购自北京安诺科技技术有限公司。酒石酸锑钾（K(SbO)C?H?O?·0.5H?O，AR）、铬酸钠（Na?CrO?，AR）、五水合硫酸铜（CuSO?·5H?O，AR）、抗坏血酸（C?H?O?，AR）、乙酸（CH?COOH，AR）、乙酸铵（C?H?NO?，GR）、盐酸羟胺（NH?

零价铁的形貌与含量

在金属离子辅助湿法球磨过程中，ZVI颗粒在含有不同金属离子（研磨介质）的水溶液中持续研磨，使得机械变形与界面反应同时发生。为确定所引入的金属离子是否参与了该过程，监测了不同研磨时间下研磨介质中残留金属离子浓度以及研磨后ZVI中金属/Fe摩尔比（图S1）。当含有Pb2?

结论

湿法球磨可增强ZVI的性能，但有效改性通常需要较长的研磨时间，因为短时间研磨容易导致钝化。本研究证明，将Co2?、Cu2?或Ni2?引入湿磨介质中，可在1小时内形成ZVI基双金属结构，从而克服这一局限。形成的Fe–Co、Fe–Cu和Fe–Ni界面大大缓解了短时间研磨引起的钝化，促进了Fe腐蚀，并使

作者贡献声明

吴宇豪：原稿撰写、方法论、形式化分析、数据整理、概念构思。曾锐：监督指导。刘亚波：监督指导。张振民：监督指导。吴学辰：监督指导、形式化分析、数据整理。关晓红：监督指导。秦岭洁：审阅与编辑、监督指导、经费获取、形式化分析。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究由中国国家重点研发计划（资助编号：2021YFA1201704）、国家自然科学基金（资助编号：22006114）以及山西省水污染防控与资源化重点实验室基础研究基金（SWRFZYLY202505）资助。本研究还得到了上海同步辐射光源用户实验辅助材料的资助。感谢SSRF的BL11B和BL14W1光束线提供的束流时间。

补充材料

补充

吴宇豪|吴学辰|张振民|刘亚波|曾锐|秦岭洁|关晓红