纳米零价铁（nZVI）还原水中硝酸盐面临反应速率慢、易钝化和产物选择性差（主要生成NH₄⁺）的难题。本研究通过在nZVI中引入第二种金属铜（Cu），并选用对NH₄⁺有良好吸附能力的生物炭（BC）作为载体，构建了BC@Fe⁰-Cu双金属复合材料，旨在实现硝酸盐的高效、清洁去除。小麦秸秆生物炭具有发达的孔隙结构和丰富的含氧官能团，可以同时吸附水中的NO₃⁻阴离子和还原可能产生的NH₄⁺阳离子。在Fe⁰中引入Cu作为催化剂，是因为Cu对硝酸盐还原中间产物（如NO₂⁻）有很强的亲和力，并且能催化活性氢（H*）的生成和利用，引导反应路径朝向生成N₂，而非NH₄⁺。液相还原法在BC上原位生成了高度分散、紧密接触的Fe⁰-Cu双金属纳米颗粒。

  在处理含NO₃⁻-N（50mg/L）的模拟地下水的批次和柱实验中，BC@Fe⁰-Cu复合材料展现出了极为优越的性能。其对NO₃⁻的去除速率常数是BC@Fe⁰的6.2倍。更为关键的是，BC@Fe⁰还原NO₃⁻的主要产物是NH₄⁺（选择性>80%），而BC@Fe⁰-Cu的主要产物是无害的N₂（选择性>75%），NH₄⁺的生成被有效抑制。柱实验长期运行数据显示，BC@Fe⁰-Cu填充柱在长达90天的运行中，出水NO₃⁻-N和NH₄⁺-N浓度均低于2mg/L，实现了总氮的深度脱除。反应后材料的表征证实，微量的NH₄⁺生成后被生物炭即时吸附。该研究通过载体吸附与双金属催化的精巧配合，同时解决了nZVI还原硝酸盐技术中长期存在的反应活性低和NH₄⁺二次污染两大核心难题。

标签: