碳基材料負載納米零價鐵去除六價鉻的研究進展

劉美麗，牛其建，俞洋洋，成 亮*

1. 江蘇大學環境與安全工程學院，江蘇 鎮江 212013

2. 江蘇大學農業工程學院，江蘇 鎮江 212013

近年來，隨著工農業和城市化的迅速發展，重金屬造成的環境污染日趨嚴重[1]. 重金屬鉻廣泛用于造紙、電鍍、染料制造、皮革鞣制和油漆等過程[2-3]，大量含鉻廢物排放到自然環境中造成了嚴重的污染.Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)是鉻常見的存在狀態[4]，其中Cr(Ⅵ)，如Cr2O7

2-和HCr2O7-[5]，具有強烈的毒性和流動性[6-7]；Cr(Ⅲ)，如[Cr(H2O)6]3+，在水中溶解度低，具有低的流動性和生物釋放性[8-9]. 鉻污染治理的主要對象是Cr(Ⅵ)[10]，其在新陳代謝過程中易在人體內積累，造成皮膚刺激、肺癌等一系列的健康問題[11]. 為解決Cr(Ⅵ)污染帶來的一系列問題，研究人員開發了多種處理Cr(Ⅵ)的方法，包括化學還原[12]、吸附[13]、生物修復[14]、電凝[15]等. nZVI(納米零價鐵)以優異的化學性能[16]、較低的價格[17]、高的反應活性[18]、大的比表面積[19]、較強的表面吸附能力[20]和還原能力[21]，成為一種高效簡便去除Cr(Ⅵ)的材料. 然而，nZVI在實際應用中也出現了一些新的問題，如易氧化[22]、易團聚[23]、難回收[24]、有毒性[25]等. 為了解決這些問題，學者們用不同載體材料來穩定和增強nZVI的性能，如膨潤土[26]、沸石[27]、海綿[28]、電紡納米纖維[29]和二氧化硅[30]等，但對于提高nZVI穩定性、分散性和抗氧化性仍有一定的局限性. 因此，發展各種材料負載nZVI以提高其性能仍然是一個巨大的挑戰[31].

碳材料因高比表面積、豐富的官能團和良好的化學穩定性而受到廣泛關注并被用于重金屬去除[6,32].碳材料負載nZVI不僅有利于提高nZVI穩定性、分散性和抗氧化性，也有利于提高Cr(Ⅵ)的去除率[33-34].目前，碳材料負載nZVI在去除Cr(Ⅵ)領域已得到廣泛研究. Yan等[35]將活性炭負載nZVI的復合材料用于三維電極體系中鉻污染土壤的電動修復；Tran等[36]用固定床柱評估生物炭負載nZVI復合材料去除污水中的Cr(Ⅵ)；Liang等[37]在可見光下，用nZVI/類石墨氮化碳納米雜化材料光催化去除水中的Cr(Ⅵ).不同碳材料負載nZVI去除Cr(Ⅵ)的方案如圖1所示. 鑒于此，該文首先系統綜述了碳材料負載nZVI的制備方法，分析了不同碳基復合材料去除Cr(Ⅵ)的效能，并進一步討論了環境因素對碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)的影響.

圖 1 碳材料負載nZVI去除Cr(Ⅵ)的示意Fig.1 The schematic diagram of Cr(Ⅵ) removal by carbon-based nZVI

1 碳基材料負載nZVI復合材料的制備

碳基nZVI復合材料是指碳材料表面均勻負載nZVI后形成的材料. 碳基材料可以是活性炭、生物炭等大孔徑材料，也可以是碳纖維、介孔碳、石墨烯等納米材料. 該文簡單概括了制備碳基nZVI復合材料的兩種主要方法-濕化學法和熱轉化法.

1.1 濕化學法

硼氫化物(BH4-)還原是水溶液中制備nZVI的常見方法[38]. 活性炭、生物炭、碳纖維、介孔碳、石墨烯等碳材料作為支持材料，Fe2+、Fe3+或者氧化鐵用作前體被BH4-還原，生成nZVI，其反應方程見式(1)(2)：

由于大多數碳材料表面帶負電，Fe2+或Fe3+能吸附在碳材料表面或與表面官能團形成復合物. BH4-將Fe2+或Fe3+還原，在碳材料上形成nZVI. 例如，Zhang等[39]通過硼氫化鈉還原制備了生物炭-羧甲基纖維素-nZVI復合材料(biochar-CMC-nZVI)(見圖2)，磁滯曲線顯示，加入0.1%羧甲基纖維素形成的復合材料(biochar-0.1CMC-nZVI)在環境中不易團聚，其飽和磁化強度(Ms)為22.1 emu/g，無磁滯回線現象；Wang等[40]通過硼氫化鈉還原法制備了功能化氧化石墨烯負載nZVI復合材料(ATGO-nZVI)(見圖3). SEM和TEM結果顯示，該材料能提高nZVI分散性，使nZVI隨機分散在石墨烯納米片上；Qu等[41]制備了nZVI、四氧化三鐵(Fe3O4)和活性炭纖維復合材料(nZVI-Fe3O4/ACF)(見圖4)，TEM結果顯示，nZVI-Fe3O4/ACF能有效抑制nZVI的團聚，并且Fe3O4和nZVI表現出良好的協同效應.

圖 2 濕化學法制備biochar-CMC-nZVI的合成示意[39]Fig.2 Schematic illustration of biochar-CMC-nZVI synthesis using wet chemistry method[39]

圖 3 濕化學法制備ATGO-nZVI的合成示意[40]Fig.3 Schematic illustration of ATGO-nZVI synthesis using wet chemistry method[40]

圖 4 濕化學法制備nZVI-Fe3O4/ACF的合成示意[41]Fig.4 Schematic illustration of nZVI-Fe3O4/ACF composite synthesis using wet chemistry method[41]

濕化學方法制備碳基nZVI復合材料時，nZVI能減少團聚，顯示出良好的分散性. 這是因為附著在碳材料官能團上的nZVI具有低遷移率并且被碳包覆的nZVI有較低的磁性.

1.2 熱轉化法

熱轉化法是指在還原性氣體或惰性氣體下，在含碳物質的存在下，高溫還原氧化鐵、Fe3+或Fe2+來制備nZVI的方法[42]. 生物炭、活性炭、介孔碳等碳材料由于來源廣泛，價格低廉的特性被廣泛作為支持材料用于熱轉化法制備nZVI. 氧化鐵可以作為熱轉化法合成nZVI復合材料的前體，例如，天然赤鐵礦中的氧化鐵，可以被氫氣(H2)、一氧化碳(CO)和混合氣體高溫還原為零價鐵[43]. Wang等[44]在氮氣條件下，在管式爐中制備了赤泥包埋的零價鐵生物炭復合材料(RM/BL)(見圖5). 除氧化鐵外，Fe3+和Fe2+也可作為nZVI或Fe3C復合材料的前體，Tang等[45]通過熱轉化的方法合成了nZVI與有序介孔碳復合材料(Fe/CMK-3)(見圖6).

圖 5 熱轉化法制備RM/BL的合成示意[44]Fig.5 Schematic illustration of RM/BL synthesis using thermal transformation method[44]

圖 6 熱轉化法制備Fe/CMK-3的合成示意[45]Fig.6 Schematic illustration of Fe/CMK-3 synthesis using thermal transformation method[45]

熱轉換法具有兩個方面的優勢：一是碳材料和鐵離子的共熱解是個節約成本的過程，不需要昂貴的還原劑(如BH4-)；二是可以使更多的鐵嵌入到碳基質中.

2 碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)的效能

碳材料的物理化學性質對碳基nZVI復合材料的性能有重要影響. 不同形式的碳材料作為支持載體能提高nZVI的反應性、穩定性和抗氧化性，使碳基nZVI復合材料更好地用于修復Cr(Ⅵ)污染的水環境.

2.1 活性炭基材料

活性炭是一種具有高比表面積的碳材料[46]，由于其良好的電化學穩定性、理想的導電性等，被廣泛用作支持載體. 活性炭負載nZVI能促進復合材料與Cr(Ⅵ)的電子轉移，提高Cr(Ⅵ)去除率. 例如，Wu等[47]制備的活性炭負載nZVI復合材料(C-Fe0)，以鐵、活性炭分別作為陽極、陰極來形成微米電池，結果顯示，該微米電池能促進電子轉移并且Cr(Ⅵ)的去除速率明顯提高.

Song等[48]以多孔活性炭球(PACB)材料作為載體，在700oC下制備了PACB負載nZVI的復合材料(Fe@PACB-700)〔見圖7(a)〕，經測試，該材料的比表面積達1 032.09 m2/g，可有效去除Cr(Ⅵ)，且在循環利用5次后其對Cr(Ⅵ)的去除率仍在60%以上〔見圖7(b)〕.

圖 7 Fe@PACB-700的SEM圖像及其不同循環利用次數對Cr(Ⅵ)去除率 [48]Fig.7 The SEM image of Fe@PACB-700 and effect of different recycling times of Fe@PACB-700 on Cr(Ⅵ) removal[48]

當nZVI固定在活性炭材料中時，與未固定的nZVI相比，活性炭負載能加快電子轉移，提高nZVI的反應活性，促進Cr(Ⅵ)的去除.

2.2 石墨烯基材料

石墨烯是由SP2雜化碳原子單層構成的二維(2D)片，具有高的比表面積(2 630 m2/g)[46]. 氧化石墨烯是含有高密度羥基(-OH)、環氧、羰基(-C=O)和羧基(-COOH)的功能化石墨烯[49]. Ren等[50]制備了氧化石墨烯nZVI復合材料(rGO-nZVI)，TEM結果顯示，nZVI顆粒均勻穩定地分散在氧化石墨烯上，并且該材料在反應24 h后仍具有去除Cr(Ⅵ)的能力，能有效克服nZVI易鈍化的問題，其反應機理是rGO-nZVI表面的氧化石墨烯接收來自Fe0的電子后傳遞給Cr(Ⅵ)，Cr(Ⅵ)接收電子還原為Cr(Ⅲ)，同時Cr(Ⅲ)形成的Cr(Ⅲ)氫氧化物被帶負電的氧化石墨烯片吸附(見圖8). 因此，rGO-nZVI不僅能提高nZVI的分散性，而且能形成良好的導電網絡，有效解決nZVI易鈍化的問題.

圖 8 rGO-nZVI對Cr(Ⅵ)的去除機理[50]Fig.8 Removal mechanism of Cr(Ⅵ) from water using rGO-nZVI[50]

Xu等[51]將零價鐵負載在膨脹石墨烯上，制成復合材料(EG-ZVI)，用于去除Cr(Ⅵ)，結果顯示，該材料對Cr(Ⅵ)的去除率為98.80%，遠高于EG(10.00%)和ZVI(29.80%). Wang等[40]合成的氧化石墨烯nZVI復合物材料(ATGO-nZVI)，對Cr(Ⅵ)的去除率高于nZVI和ATGO，且塔菲爾極化曲線表明，ATGO-nZVI的穩定性高于nZVI.

與其他碳材料相比，石墨烯有良好的導電性、導熱性和耐腐蝕性. 當石墨烯負載nZVI時，石墨烯的二維結構可以為nZVI提供骨架支撐，克服nZVI的聚集瓶頸. 另外，石墨烯負載nZVI將在受Cr(Ⅵ)污染的含水層中形成鐵-碳微電解系統，增強和加速電子轉移，避免nZVI的鈍化，顯示出高效去除Cr(Ⅵ)的能力.

2.3 介孔碳基材料

介孔碳由于可調的結構性質，在材料化學和工業應用中發揮著越來越重要的作用[52]. 目前，以介孔碳為載體負載nZVI已被證明是一種高效去除Cr(Ⅵ)的方法. Dai等[53]用熱轉化法合成了介孔碳負載nZVI復合材料(nZVI/OMC-3)，并通過介孔碳的吸附和nZVI的還原作用去除Cr(Ⅵ) (見圖9)，研究顯示，介孔碳豐富的孔道能提高Cr(Ⅵ)通過nZVI/OMC-3的傳質速率，使Cr(Ⅵ)去除率在10 min內達到99%；同時，介孔碳能為nZVI提供保護層，防止nZVI的氧化，提高nZVI的穩定性，nZVI/OMC-3對Cr(Ⅵ)的去除率在第7次循環后仍在60%以上.

圖 9 nZVI/OMC-3去除Cr(Ⅵ)的機理[53]Fig.9 Removal mechanism of Cr(Ⅵ) from water using nZVI/OMC-3[53]

Sun等[54]將nZVI固定在介孔碳中，TEM結果顯示，nZVI均勻地分散在該材料孔內，且介孔碳的孔徑會減小nZVI粒子的尺寸，增加nZVI的活性位點，加快nZVI去除Cr(Ⅵ)的速率. 該材料的準一級動力學模型常數(Kobs)為0.419 min-1，約是nZVIs的34倍.

介孔碳具有可調的結構性質，多孔的結構，有利于提高nZVI的分散性，并且介孔碳nZVI復合材料在去除Cr(Ⅵ)的過程中可以加快傳質速度，提高去除速率. 但是由于介孔碳的孔徑大小不能精確設計，對nZVI性能的提高仍然有限.

2.4 生物炭基材料

生物炭是一種富含碳的熱解物質，是生物燃料生產過程中，有機物質在高溫、限氧或無氧條件下熱分解的結果. 近年來，生物炭已被廣泛用作各種催化劑和吸附劑的載體基質. 例如，Dong等[11]合成了生物炭負載nZVI的復合材料(nZVI@HCl-BC)，一方面鹽酸改性的生物炭作為良好的導體，將來自Fe0的電子傳輸到Cr(Ⅵ)，提高Cr(Ⅵ)去除率；另一方面不溶性反應產物Cr(Ⅲ)氫氧化物或Fe(Ⅲ)氫氧化物覆蓋在nZVI@HCl-BC表面，避免了反應產物帶來的二次污染問題(見圖10).

為更好地研究生物炭負載nZVI復合材料，Shang等[55]用草本植物殘渣生物炭負載nZVI去除水中的Cr(Ⅵ)，結果顯示，Cr(Ⅵ)去除率在99%以上；Zhu等[56]制備了改性生物炭負載nZVI復合材料(nZVI-HBC)，SEM結果顯示，nZVI均勻分布在生物炭的表面或孔隙中，有效防止nZVI的團聚并能提高Cr(Ⅵ)的去除率，且nZVI-HBC在循環6次后仍能顯著去除Cr(Ⅵ).

生物炭成本低，富含多種官能團，具有較高的表面活性以及良好的導電性. 用生物炭支持nZVI能夠調節nZVI的分散性和電子轉移能力，提高對Cr(Ⅵ)的去除效果，促使其修復環境中的Cr(Ⅵ).

2.5 碳纖維基材料

碳纖維是一種易得的多孔富碳材料. 碳纖維負載nZVI，可將nZVI緊密結合到碳纖維中，提高nZVI的穩定性，增加nZVI的比表面積，最大限度地利用nZVI. Li等[57]制備了以碳纖維為載體、羧甲基纖維素為改性劑的nZVI復合材料(CF-CMC-nZVI). 結果顯示，該材料中nZVI分散性更好，抗氧化活性更強，對Cr(Ⅵ)有較強吸附能力，最大吸附量為217.04 mg/g；Huang等[58]對活性炭纖維氈負載nZVI復合材料(ACFF-nZVI)去除Cr(Ⅵ)的性能進行了研究，發現ACFF-nZVI能去除溶液中67.0%的Cr(Ⅵ)，高于ACFF(52.6%)和nZVI(59.4%)；Qu等[59]用活性炭纖維負載nZVI復合材料(ACF-nZVI)去除地下水中的Cr(Ⅵ)，發現ACF-nZVI有高度有序的介孔結構特征，其比表面積和孔體積分別為668.5 m2/g和0.42 cm3/g，遠高于nZVI. 另外，SEM結果顯示，分布在活性炭纖維表面的nZVI僅有少量團聚〔見圖11(a)〕. ACF-nZVI通過還原和吸附將溶液中的Cr(Ⅵ)完全去除〔見圖11(b)〕，并且該材料在5個循環后仍能保持90%以上的Cr(Ⅵ)去除率.

圖 11 ACF-nZVI的SEM圖像及其對Cr(Ⅵ)的去除機理[59]Fig.11 The SEM image of ACF-nZVI and associated Cr(Ⅵ) removal mechanism[59]

與其他碳基材料相比，炭纖維材料具有更高的比表面積、更穩定的結構和更大的吸附能力，并且炭纖維表面可以容納大量含氧基團，對重金屬離子的吸附更加有效[57]. 因此，利用炭纖維材料作為基材復合nZVI能夠提高載體材料和nZVI的結合性，可以進一步提高對Cr(Ⅵ)的去除率.

3 環境因素對去除Cr(Ⅵ)的影響

3.1 溫度

溫度是影響物理化學反應的常見參數，對重金屬的吸附和去除有重要影響. 由表1可見，隨著溫度的升高，碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除率逐漸增加. 碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)是一個自然吸熱的過程，在較高溫度下會降低傳質阻力，加速擴散，提高對Cr(Ⅵ)的去除率[60]. 在20~30 ℃下，隨著溫度的升高，金屬離子的遷移率增加，金屬離子與復合材料吸附位點的接觸概率增加，最終使Cr(Ⅵ)的去除率提高[40]. Zhao等[63]在研究碳材料負載nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)的過程中發現，隨著溫度的升高，Cr(Ⅵ)的準二級動力學模型吸附速率和吸附量都會增加.

表 1 不同溫度下碳材料負載nZVI對Cr(Ⅵ)去除率的影響Table 1 Effect of temperature on Cr(Ⅵ) removal efficiency of carbon-based nZVI composites

3.2 氧氣

nZVI易氧化，被認為是限制Cr(Ⅵ)去除率的主要因素之一. 例如，Wang等[16]研究發現，在氮氣條件下，碳基零價鐵復合材料對Cr(Ⅵ)的去除率遠高于在空氣和氧氣中. 這是因為氧氣的標準電極電勢比Cr(Ⅵ)低，更易獲得電子，且溶解氧導致nZVI表面形成鈍化層，阻止電子從Fe0轉移到Cr(Ⅵ). 但碳基nZVI復合材料能有效減少氧氣對Cr(Ⅵ)去除率的負面影響，延長儲存時間. Ren等[50]發現氧化石墨烯nZVI復合材料中，nZVI和氧化石墨烯之間的電勢差，能促進內部Fe0到rGO電子轉移，減少表面鈍化層對復合材料去除Cr(Ⅵ)的影響. Sun等[54]發現，介孔碳包覆nZVI能防止nZVI氧化. Zhang等[64]制備的生物炭負載nZVI復合材料，在儲存一周后對總鉻的去除率仍能達到74.5%. 因此碳基負載nZVI能一定程度上解決工程應用中nZVI的儲存難題，降低nZVI氧化速率.

3.3 pH

pH被認為是碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)去除過程中最重要的影響因素之一[65]. 如表2所示，隨著pH升高，碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除率降低. 就碳基nZVI復合材料而言，一方面酸性條件會腐蝕nZVI表面的鈍化層，減少nZVI鈍化對反應的抑制作用；另一方面，碳基nZVI復合材料的零點電荷在pH=3.0~4.0之間，有助于在低pH下通過靜電吸引去除Cr(Ⅵ)[39]. 就Cr(Ⅵ)溶液而言，Cr(Ⅵ)在不同酸堿度下以不同的形式(如H2CrO4、HCrO4-、Cr2O72-、CrO42-)存在[66]，當pH＜3時，溶液中Cr(Ⅵ)的主要存在形式為HCrO4-；隨著酸堿度的增加，HCrO4-會轉化為Cr2O72-和CrO42-[70]. HCrO4-的吸附自由能(-2.5~-0.6 kcal/mol)低于CrO42-的吸附自由能(-2.1~-0.3 kcal/mol)，更易被去除[71]. 綜上，酸性條件更有利于碳基nZVI復合材料去除環境中的Cr(Ⅵ).

表 2 不同pH下碳材料負載nZVI對Cr(Ⅵ)去除率的影響Table 2 Effect of pH on Cr(Ⅵ) removal efficiency of carbon-based nZVI composites

一般而言，碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)受pH影響很大，而石墨烯負載nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)卻受pH的影響相對較小. 一方面石墨烯的結構穩定并且對nZVI有很好的包覆作用，減少環境因素對nZVI的影響；另一方面石墨烯具有良好的導電性，能夠避免反應產物Cr(Ⅲ)氫氧化物或Fe(Ⅲ)氫氧化物對nZVI的鈍化作用[50]. 例如，Kumarathilaka等[72]通過對淀粉包覆nZVI-石墨烯復合材料(nZVI-Gn)去除鉻的研究發現，pH在3~9時Cr(Ⅵ)去除率下降，不足20%；Xu等[51]研究也發現，石墨烯-零價鐵復合材料能有效克服傳統零價鐵復合材料對低酸堿度的依賴.

3.4 離子強度和共存離子

溶液中的背景電解質濃度可以用離子強度來表示. 離子強度影響雙層的界面電位和厚度，從而影響碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除. Qu等[59]研究發現：當Ca2+濃度從0 mg/L增至100 mg/L時，Cr(Ⅵ)去除率從94.0%降至88.9%，Ca2+的加入略微抑制了Cr(Ⅵ)的去除；而Ca2+濃度增至200 mg/L時，Ca2+通過中和表面電荷提高對Cr(Ⅵ)的吸附，使Cr(Ⅵ)去除率達到98.1%，高于溶液中無Ca2+的去除率

共存離子是水環境中的重要組成部分，影響復合材料對Cr(Ⅵ)的去除. 研究NO3-、HCO3-和Cl-對碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)的影響，在實際應用中具有重要意義. Shao等[66]研究了NO3-對生物炭負載nZVI去除Cr(Ⅵ)的影響，發現NO3-抑制了復合材料對Cr(Ⅵ)的去除. 這是因為水溶液中的NO3-會與Cr2O72-爭奪復合材料的活性位點，并且NO3-的還原會消耗系統中的nZVI，從而減少還原Cr2O72-的電子供體，抑制Cr(Ⅵ)的去除[7]. Qu等[59]發現隨著HCO3-濃度的提高，活性炭纖維負載nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除率逐漸降低. 這是因為HCO3-濃度提升導致nZVI和Cr(Ⅵ)之間的電子轉移被破壞，并且HCO3-可以提高溶液的pH，使Cr(Ⅵ)去除率降低[41].另外，常見的Cl-也被研究對Cr(Ⅵ)去除率的影響.究其原因可能是：①Cl-的存在會促進鐵腐蝕，增加反應位點；②較高Cl-含量會產生鐵(氫)氧化物沉淀和β-羥基氧化鐵，阻止電子從nZVI轉移到污染物. 結果表明，在以上兩種原因共同的作用下，Cl-幾乎不影響復合材料對Cr(Ⅵ)的去除效率[55].

4 問題與展望

大量研究表明，通過碳基材料負載nZVI可以克服nZVI易團聚、易氧化、不穩定的缺點. 不同碳基材料的優點以及碳基nZVI復合材料在一定環境條件下對Cr(Ⅵ)的最大吸附容量如表3所示. 碳材料負載nZVI去除Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2~20倍. 盡管碳基nZVI復合材料在一定程度上彌補了nZVI的不足，但是仍面臨一些問題：①碳基nZVI復合材料的性能部分取決于支持材料的尺寸、結構和組成. 如何精確構建支持材料的尺寸和結構，仍是當前研究的一大難點. 因此今后的研究中可利用新興技術，如3D打印、靜電紡絲等，通過碳化工藝精準構建碳支持材料. ②水環境非常復雜，不同水環境中溫度、pH、溶解氧、離子強度和共存離子都會影響碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除. 因此下一步需要系統研究影響機理，從而研制出受外界環境影響小的多層復合的碳基nZVI材料，如凝膠-碳-nZVI復合材料. ③石墨烯、碳纖維等碳基nZVI復合材料制備的成本較高、工序較多. 因此簡化工藝，研制低成本、無污染且可大規模、工業化生產的碳基nZVI復合材料至關重要. ④目前關于碳基nZVI復合材料去除Cr(Ⅵ)的研究大多是實驗室研究，采用單一的Cr(Ⅵ)污染物，處理效果不能有效真實地反映碳基nZVI的場地應用效果. 因此下一步有必要開展碳基nZVI復合材料中試及場地應用研究，研究復合材料在實際應用中去除Cr(Ⅵ)的效果.

表 3 典型碳材料負載nZVI對Cr(Ⅵ)去除效果的比較Table 3 Comparison of Cr(Ⅵ) removal efficiency of nZVI loaded on typical carbon materials

5 結論

a) 濕化學法合成的復合材料有利于提高nZVI的分散性，減少團聚；熱轉化法合成的復合材料有利于節約成本，提高碳材料和nZVI的結合性.

b) 活性炭基、生物炭基、介孔碳基、石墨烯基和碳纖維基nZVI復合材料能普遍提高nZVI的穩定性、抗氧化性和分散性；同時，碳材料可以促進電子的轉移來提高碳基nZVI復合材料對Cr(Ⅵ)的去除效能.

c) 雖然碳材料包覆nZVI能在一定程度上減少nZVI對環境的依賴性，但碳基nZVI復合材料仍受環境因素(溫度、pH、氧氣、離子強度和共存離子)的影響.