近年来,含铁的纳米材料,包括纳米零价铁以及纳米铁矿物材料,在污染物降解、环境修复以及生物化学元素循环等方面发挥着重要作用,因而得到了广泛关注与研究。其中,纳米零价铁是一种成本低、环境友好且具有良好的还原性能的纳米铁材料,可以处理水体中存在的多种污染物。但是在应用过程中,纳米零价铁的活性会随着反应的进行而不断降低,主要是因为在降解过程中不断生成铁氧化物致使纳米零价铁钝化而导致的,这种钝化现象限制了纳米零价铁的应用。另外一方面,生成的铁氧化物又可以进一步被还原为次级铁矿物,微生物体系可以大大加速这个过程,但是相关机理并不明确。本论文旨在解决上述所提到的问题,并主要研究两种含铁纳米材料(纳米零价铁和纳米FeS材料)对氯代有机物(四氯化碳)的还原脱氯过程以及相关机理。四氯化碳是环境中普遍存在的难降解有机物,并且对自然生态系统和人体健康都具有危害作用。1.首先,我们研究了在非缓冲体系中纳米零价铁对四氯化碳的还原脱氯过程。研究表明,在非缓冲体系中,纳米零价铁可以维持较高的还原脱氯活性,并且能够持续多个降解周期。在第二个反应周期,还原脱氯的速率常数有明显的增加,之后脱氯活性维持在一个较高的水平。最后,降解速率又逐渐降低。在整个还原脱氯过程中,体系的pH维持在7.0-7.8的范围内,和之前报道的相关体系有所不同。实验结束后对体系中的材料进行表征,结果显示纳米零价铁反应之后形成的铁氧化物发挥着重要作用,可以使整个体系形成一个自缓冲体系并使pH维持在相对稳定的范围,从而使纳米零价铁能够长时间的维持较高的还原脱氯活性。这部分内容让我们对纳米零价铁的脱氯过程有了更新的认识,并且有望提高纳米零价铁在污染物降解和环境修复过程中的反应活性并能延长反应寿命。2.接下来,本文研究了环境水体中磷酸盐的存在对纳米零价铁脱氯过程的影响。磷酸盐在水体中可以起到pH缓冲和结合二价铁离子的作用,我们分别在缓冲体系和非缓冲体系中来研究纳米零价铁对四氯化碳的还原脱氯过程。在缓冲体系中,纳米零价铁对磷酸盐存在很强的物理吸附并且生成了大量的磷酸亚铁沉淀(兰铁矿,vivianite),同时生成了大量的H2,导致纳米零价铁被很快消耗,并且反应活性大大降低。但是在非缓冲体系中,磷酸盐的存在使体系的pH有所升高,进而纳米零价铁的腐蚀产氢反应减慢,对四氯化碳的脱氯作用没有受到太大影响,所以磷酸盐的存在在一定程度上延长了纳米零价铁的使用寿命并且提高了其还原脱氯活性。3.报道了生物法合成FeS纳米材料并用于四氯化碳的还原脱氯研究。硫化氢是环境中普遍存在的一种污染物,一般会在厌氧体系中生成,并且对微生物具有毒害作用,严重影响了微生物降解污染物的活性。同时在环境中存在着很多金属还原微生物,金属还原菌在污染物降解以及地球化学元素循环过程中起着重要的作用,例如最普遍的金属还原菌Shewanella菌。近年来有报道金属还原菌在金属还原过程中可以合成纳米材料,而这种生物合成的纳米材料是否会影响微生物对污染物降解以及其相关机理并不清楚,本文对此进行了深入的研究。Shewanella可以还原三价铁生成二价铁,同时可以还原某些含硫化合物(例如硫代硫酸盐)生成负二价的硫离子,从而可以在Shewanella菌的细胞内以及细胞外生成FeS纳米颗粒。结果表明,这种生物合成的FeS纳米材料可以大大加快微生物对四氯化碳的还原脱氯,其还原脱氯速率是单纯微生物脱氯体系的8倍。并且生物合成的FeS纳米材料的还原活性是化学法合成的FeS纳米材料的5倍。对材料的表征结果表明,相比于化学合成的FeS纳米材料,生物合成的纳米材料具有良好的分散性,其中微生物起到了很好的分散剂的作用。另外,生物法合成的FeS纳米材料含有更多还原性的物质,使生物法合成的FeS纳米材料的还原脱氯活性更高。本研究表明生物合成的纳米材料在污染物降解以及环境修复方面具有很好的应用潜能。