地下水是水資源的重要組成部分，也是重要的飲用水水源之一。然而，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人類生活品質(zhì)的不斷提高，地表以及地下水資源的污染已經(jīng)日益嚴(yán)重。我國90%的城市地下水均受到不同程度的污染，其中60%地下水已受到嚴(yán)重污染。
納米零價(jià)鐵(Nanoscalezero-valentiron,nZVI)是一種綠色原位的新興環(huán)境友好型材料。多年來研究表明，nZVI對(duì)水中重金屬、有機(jī)氯化物等均有較高的去除效果，作為環(huán)境納米材料在地下水污染修復(fù)領(lǐng)域中已被廣泛應(yīng)用。nZVI通常通過吸附、離子交換、氧化還原、共沉淀、絡(luò)合等作用去除污染物質(zhì)。在漢斯出版社《地球科學(xué)前沿》期刊中，有學(xué)者主要以有機(jī)物的去除效果為評(píng)價(jià)指標(biāo)，總結(jié)了零價(jià)鐵類芬頓體系降解水中有機(jī)物方面取得的研究進(jìn)展，期望為后續(xù)相關(guān)研究及地下水污染修復(fù)的工程應(yīng)用提供參考與依據(jù)。
ZVI的氧化作用是在學(xué)者研究其對(duì)三氯乙稀(TCE)降解時(shí)首先發(fā)現(xiàn)。在有O2存在時(shí)，ZVI表面會(huì)很快形成含有亞鐵和三價(jià)鐵離子氧化物的殼結(jié)構(gòu)，從而降低其還原能力，這種現(xiàn)象原本被認(rèn)為不利于ZVI的應(yīng)用。然而研究ZVI降解TCE的結(jié)果表明，有氧體系的降解速率常數(shù)反而高于無氧條件，由此可判斷出有氧條件下，ZVI/O2體系可形成一定量活性氧化物質(zhì)，在氧化基礎(chǔ)上將一些無法還原的污染物去除。后續(xù)一系列研究建立了ZVI/O2體系均證實(shí)了ZVI可通過氧化作用去除有機(jī)物。
ZVI/O2體系中的活性氧化物形成途徑可能為兩種。途徑一ZVI通過雙電子傳輸和氧氣反應(yīng)形成活性氧化物，而后逐步生成H2O2。途徑二亞鐵離子可以和O2反應(yīng)產(chǎn)生單電子傳輸反應(yīng)，從而生成H2O2。
由于ZVI在有氧條件下可產(chǎn)生活性氧化物，擴(kuò)展了ZVI的應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)者們陸續(xù)開始研究ZVI參與芬頓反應(yīng)的可行性，并發(fā)現(xiàn)ZVI可作為傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的鐵源，構(gòu)成類芬頓體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)有機(jī)污染物的有效去除。綜合國內(nèi)外針對(duì)ZVI/H2O2體系研究的匯總可知，ZVI/H2O2體系對(duì)在傳統(tǒng)凈水工藝中難降解有機(jī)物均有較高去除效果，但ZVI投加量偏高，pH值的有效范圍也多集中在強(qiáng)酸范圍，對(duì)工藝的推廣尤其是針對(duì)地下水污染物去除應(yīng)用有一定的局限性。
ZVI作為芬頓反應(yīng)鐵源形成ZVI/H2O2體系已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。為更好的適應(yīng)地下水環(huán)境，一些學(xué)者開始選擇粒徑更小的nZVI進(jìn)行芬頓反應(yīng)。對(duì)比傳統(tǒng)材料可知，nZVI粒徑較小(通常為1~100nm)，比表面積較大，吸附性和反應(yīng)活性較高。綜合nZVI/H2O2體系對(duì)有機(jī)物的去除條件可知，反應(yīng)體系在強(qiáng)酸與弱酸條件下均可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的高效降解，對(duì)比ZVI/H2O2體系的pH適用范圍有明顯擴(kuò)大，同時(shí)由于nZVI的活性更強(qiáng)故其投加量也明顯降低。
利用ZVI氧化作用去除有機(jī)污染物由最初的有氧條件被發(fā)現(xiàn)，到結(jié)合機(jī)理優(yōu)化形成ZVI/H2O2的類芬頓體系，再到更具活性的nZVI替代ZVI的nZVI/H2O2類芬頓體系，實(shí)現(xiàn)了去除效果提升、pH適用范圍增加，以及藥劑投加量減少三個(gè)過程。
基于零價(jià)鐵的類芬頓體系對(duì)有機(jī)物具有較好的去除效果，并且在一定程度上克服了傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)pH適應(yīng)范圍窄、鐵鹽和H2O2的藥劑投加量較大等缺點(diǎn)。后續(xù)研究需進(jìn)一步分析零價(jià)鐵類芬頓體系中nZVI和H2O2的投加量情況，提高nZVI及H2O2的利用效率，從而進(jìn)一步降低成本，便于今后規(guī)模化應(yīng)用；加強(qiáng)nZVI表面的微觀動(dòng)力學(xué)、界面效應(yīng)以及氧化還原協(xié)同效應(yīng)的研究，從而更清晰地掌握nZVI/H2O2體系降解污染物的作用機(jī)理。
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