地下水中硝酸盐污染是全球性环境问题。纳米零价铁(nZVI)能将NO₃⁻还原,但其反应速率受限于表面钝化,且产物选择性差,往往将NO₃⁻主要还原为氨氮(NH₄⁺),而非无害的氮气(N₂),造成二次污染。在nZVI中引入第二种金属(如镍Ni)形成双金属体系,可以利用Ni优异的催化加氢能力,将nZVI腐蚀产生的活性氢(H*)更高效地用于NO₃⁻的加氢还原,同时提高对N₂的选择性。然而,即便是双金属体系,仍会有部分NH₄⁺作为副产物释放。为此,本研究引入具有优异NH₄⁺吸附能力的天然斜发沸石作为载体。沸石的骨架负电荷和微孔结构,能够即时地将还原产生的NH₄⁺捕获并固定在材料内部,从而使得出水中无论是NO₃⁻还是NH₄⁺都维持在极低水平,实现总氮的清洁去除。
本研究通过简单的分步浸渍-液相还原法,在斜发沸石表面和孔道内原位合成了高度分散的nZVI/Ni双金属纳米颗粒。XRD和TEM证实了纳米颗粒的合金结构。在处理含NO₃⁻-N(50mg/L)的模拟地下水的连续流柱实验中,Z-NZVI/Ni填充柱在长达60天的运行中,出水NO₃⁻-N浓度始终低于5mg/L(达标),出水中几乎检测不到NH₄⁺和NO₂⁻,N₂选择性高达85%以上。这归功于Ni对加氢还原和N₂选择性的催化增强,以及沸石对微量逃逸NH₄⁺的即时捕获。而作为对照的纯nZVI柱,其出水以NH₄⁺为主,且去除效率在20天后便快速衰退。反应后材料的表征证实,NH₄⁺确实被离子交换吸附到了沸石骨架中。该研究通过“双金属催化+载体吸附”的巧妙设计,解决了nZVI还原硝酸盐长期存在的效率低和氨氮二次污染两大难题,为地下水硝酸盐的原位修复提供了高性能复合材料。
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