天津市水資源與水環境重點實驗室柳聽義課題組在Journal of Water Process Engineering發表論文“Ultrasound enhances the removal of V5+ in wastewater by ball-milledzero-valent iron: Effects and mechanisms”，這項工作揭示了超聲增強球磨零價鐵的影響機制，探究了在超聲作用下，球磨零價鐵去除水體釩的作用機理以及可重復利用性能。
傳統的水浴振蕩體系易使球磨零價鐵發生鈍化現象，導致使用壽命有限。而超聲技術已證實能夠有效去除鐵表面的腐蝕產物、沉積物和其他雜質，在環境工程領域的研究與應用取得了長足的進展。本項工作在機械活化零價鐵的基礎上，重點研究了超聲增強球磨零價鐵的增強機制以及去除水體釩的作用機理。結果表明，超聲顯著增強了球磨零價鐵活性物質·H自由基和Fe2+的生成（如圖1所示）。此外，Fe2+在去除反應中占據重要作用，貢獻率高達93.73%。超聲技術作為一種先進的水處理方法與傳統的環境污染物處理技術相比，具有顯著的優勢。
圖1 球磨鐵和超聲球磨鐵的EPR表征(a)；超聲/水浴條件下Fe2+含量的變化(b);淬滅實驗(c)；亞鐵濃度變化與釩去除率(d).
在實驗表征數據的支撐下，研究得出超聲-球磨零價鐵去除水體釩的三階段：第一階段，在超聲波的作用下，V5+在反應的前10 min內，即pH < 4時,通過還原作用迅速還原到其較低的氧化態。第二階段，pH> 4時，體系內電荷性質的變化，靜電吸附作用逐漸參與到反應當中去。第三階段，以Fe3+離子濃度快速下降為標志，通過鐵氧化物與釩氧化物的絡合共沉淀作用固定去除剩余釩離子（如圖2所示）。同時，球磨零價鐵材料在超聲作用下，具有良好的可重復利用性，五次循環利用去除效率依然高于99%，得益于球磨零價鐵材料逐步展現出的強大吸附能力。然而，仍需要進一步探究在實際工業含釩廢水處理當中，超聲-球磨零價鐵的去除性能與工藝成本等問題。
圖2 超聲-球磨零價鐵去除水體釩的作用機理
天津市水資源與水環境重點實驗室柳聽義研究員是該文的通訊作者，指導的碩士研究生劉霄為該文第一作者。該研究工作受到天津市自然科學基金(18JCYBJC96600)和橫向項目(53H23082)的資助。
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