不同载体携带纳米零价铁在多孔介质中的迁移特性

苏 燕，赵勇胜，梁秀春，李璐璐，秦传玉*（.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春00；.吉林大学环境工程系，吉林 长春 00；.吉林市水利水电勘测设计研究院，吉林 吉林 0）

不同载体携带纳米零价铁在多孔介质中的迁移特性

苏 燕1，赵勇胜2，梁秀春3，李璐璐1，秦传玉2*（1.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春130021；2.吉林大学环境工程系，吉林 长春 130021；3.吉林市水利水电勘测设计研究院，吉林 吉林 132013）

批次试验和模拟柱试验探讨了NZVI在3种载体（水、十二烷基硫酸钠（SDS）溶液和SDS泡沫）中的稳定性以及在3种载体携带作用下NZVI在多孔介质（0.25～0.5mm， 0.5～0.9mm， 0.9～1.4mm）中的迁移特性.由实验可知，对于NZVI悬浊液，在0.9～1.4mm，0.5～0.9mm和0.25～0.5mm介质中，NZVI从模拟柱中的溢出率分别为20.9%，17.4%和6.5%，NZVI在介质中分布的均匀性关系为0.9～1.4mm＞0.5～0.9mm＞0.25～0.5mm；对于SDS-NZVI悬浊液，NZVI在0.9～1.4mm 和0.5～0.9mm介质中的迁移性较0.25～0.5mm介质远远增强，NZVI在介质中分布均匀性关系为0.5～0.9mm＞0.9～1.4mm＞0.25～0.5mm；对于NZVI负载泡沫，NZVI在0.5～0.9mm与0.25～0.5mm介质中的迁移性较NZVI悬浊液和SDS-NZVI悬浊液增强，NZVI在0.5～0.9mm介质中分布均匀性较好，0.25～0.5mm其次，0.9～1.4mm均匀性最差.研究结果表明，SDS溶液和SDS泡沫与水相比较均有效促进了NZVI在3种介质中的运移，然而对于0.9～1.4mm介质，SDS溶液对NZVI迁移的促进作用较SDS泡沫更明显，对于0.25～0.5mm介质，SDS泡沫对NZVI迁移的促进作用较SDS溶液更大.

载体；纳米零价铁；迁移特性；多孔介质

零价铁（ZVI）具有强还原性，对硝基苯、氯代烃以及农药等有机物具有良好的处理效果［1］.其中，纳米零价铁（NZVI）以其较大的比表面积和较高的反应活性，逐渐成为近年来地下环境修复领域较有前景和有效的修复物质之一［2-5］.大量研究表明，NZVI可以有效地降解氯代溶剂、有机氯农药、有机染料以及修复无机污染物如高氯酸盐、硝酸盐和重金属等［6-10］.但对污染物高效降解并不是广泛利用NZVI的唯一要素，如何将NZVI颗粒在可控制条件下运送至污染区域成为成功修复地下环境污染的关键因素，也逐渐成为针对该技术研究的重点.

Schrick在2004年提出“载体”的概念，即可以有效地与NZVI颗粒结合并起到运输作用，从而促进NZVI在多孔介质中的运移［11］.近年来室内模拟实验表明:在水携带作用下NZVI在多孔介质中的迁移距离为几cm或者是十几cm，即使在实际场地环境下，NZVI的迁移距离也局限在几cm甚至更小的范围［12-13］.Schrick等［11］利用聚丙烯酸（PAA）溶液作为运输NZVI的载体，研究结果表明，NZVI在多孔介质中的迁移距离远远大于单纯水溶液作为运输载体时的迁移距离.Kanel等［14］利用一种阴离子聚合物为运送NZVI的载体，并研究了流量，聚合物浓度以及介质厚度对NZVI迁移的影响.然而，这些基于水溶液的运输方式都存在一定弊端，如重力流和优先流.前者导致NZVI悬浊液在重力作用下垂向迁移，从而限制NZVI的水平运移，后者导致NZVI悬浊液绕过低渗透性区域，优先进入高渗透区域.基于以上几点，有学者提出利用泡沫作为输送微颗粒的载体，将微颗粒悬浊液通过高速搅拌或者多孔介质形成微颗粒负载泡沫，通过对泡沫施加压力将其运送至污染区域.研究表明，泡沫输送较溶液输送可以有效强化微颗粒水平迁移，增加微颗粒的影响范围［15-17］.Zhong等［18］利用泡沫运输多硫化钙对污染土壤中Cr（VI）进行固定，结果表明，多硫化钙在泡沫携带下，90%的Cr（VI）被固定，而在水溶液携带下，固定率仅是25%.Shen等［19］研究泡沫携带微颗粒对包气带进行修复，研究表明泡沫对微颗粒具有较好的携带能力，并有效增大微颗粒的影响范围.

由于实际地下环境介质表面带负电，因此本研究选择十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂作为产生泡沫并携带NZVI颗粒的载体物质.由于介质颗粒尺寸对胶体颗粒残留的表面积、孔隙尺寸以及孔隙中流速均有较大影响，然而针对介质颗粒尺寸对NZVI在多孔介质中迁移的研究较少［20］.因此本研究选择3种不同粒径的多孔介质（0.25～0.5mm，0.5～0.9mm，0.9～1.4mm），研究在不同的载体作用下（水，SDS溶液，SDS泡沫），NZVI在多孔介质中的迁移特性.

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验试剂及介质 研究所用试剂均为分析纯.十二烷基硫酸钠（SDS）、七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）、聚乙烯吡咯烷酮-30（（C6H9NO）n，PVPK-30）、硫氰酸钾（KSCN）与过硫酸铵（（NH4）2S2O8）购自北京化工制药厂；硼氢化钾（KBH4）与盐酸（HCl）购自天津百世精细化学试剂厂.高纯氮气购自长春市巨洋气体有限公司.将筛分的石英砂（0.25～0.5mm，0.5～0.9mm，0.9～1.4mm）在1:1盐酸中清洗浸泡12h，用自来水洗净，直至清洗水的pH值为中性.风干后备用.

1.1.2 NZVI悬浊液的制备 称取8.34g FeSO4·7H2O和5g（PVPK-30）溶解于250mL去氧水中，称取6.48g KBH4溶于250mL去氧水中.用滴管将KBH4溶液逐滴加入FeSO4溶液中，边滴加边搅拌，溶液变成黑色时，继续搅拌30min，形成NZVI悬浮液.用磁选法将形成的NZVI分选出，用无氧水冲洗3次，保存于600mL无氧水中.该方法制备的NZVI理论浓度是2.8g/L［21］.

1.1.3 SDS-NZVI悬浊液的制备 称取1.5g（SDS）粉末溶于100mL去氧水中，充分搅拌摇匀；称取8.34g FeSO4·7H2O和5g（PVPK-30）溶解于250mL去氧水中，机械搅拌使其充分溶解；将溶解的FeSO4溶液在机械搅拌情况下逐滴加入至SDS溶液中，形成SDS-Fe混合溶液；称取6.48g KBH4溶于250mL去氧水中，充分搅拌溶解；用滴管将KBH4溶液逐滴加入SDS-Fe溶液中，边滴加边搅拌，溶液变成黑色时，继续搅拌30min，形成SDS-NZVI悬浮液.然后用磁选法将形成的SDS-NZVI颗粒分选出来，用无氧水冲洗3次，保存于600mL SDS浓度为0.25%的无氧水中，备用.该方法制备的NZVI理论浓度是2.8g/L，SDS理论质量浓度为0.25%.通过高速搅拌SDS-NZVI悬浊液形成NZVI负载泡沫.

1.2 试验方法

1.2.1 NZVI在水和SDS溶液中的沉降实验 胶体稳定性是胶体颗粒在溶液中抵抗团聚作用的颗粒分散性，用胶体颗粒在水或者溶液中的沉降性能来表征.批实验考查SDS浓度为0.25%时，NZVI颗粒在SDS溶液中的分散性和稳定性.分别量取1.1.2和1.1.3中的NZVI和SDS-NZVI悬浊液1.5mL置于比色皿中，在紫外分光光度计508nm波长测定吸光度随时间的变化.并绘制相对吸光度（保留吸光度与初始吸光度的比值）和时间的关系图.

1.2.2 NZVI在SDS泡沫中的沉降实验以及SDS泡沫对NZVI的携带能力 选择SDS作为产生泡沫的表面活性剂，本课题组前期研究结果表明，当SDS质量浓度为0.25%时，NZVI在0.5～1mm粒径多孔介质中的迁移性较好，因此本研究选择SDS浓度为0.25%.以胶态微气泡作为研究对象，利用高速搅拌表面活性剂溶液形成泡沫.选择2000，3000，4000r/min搅拌速度产生泡沫.将1.1.3中形成的SDS-NZVI悬浊液在以上3种搅拌速度下搅拌形成泡沫，待泡沫稳定后从上、中、下3层（每层4个样品）取200μL泡沫用盐酸消解，用硫氰酸盐比色法测定其中NZVI浓度，每层NZVI浓度取4个样品的平均值.另取50mL泡沫，加入50mL比色管中，记录泡沫破裂后产生液体的体积，从而换算出泡沫质量η.最后，根据泡沫质量和总铁量换算出泡沫液膜中NZVI的浓度（g/L），并与初始悬浮液中纳米铁量（≈2.8g/L）进行比较，即得出泡沫对NZVI的携带能力.

式中:Vf是泡沫体积（50mL）；Vl是50mL泡沫产生的液体体积.

待搅拌达稳定，泡沫量不变时，停止搅拌器并间隔相同时间（3min）从上、中、下3层（每层4个样品）取200μL泡沫用盐酸溶解并测定其中NZVI含量（μg），每层NZVI含量取4个样品的平均值.作图分析每层NZVI随时间的变化情况.

1.2.3 模拟柱实验 模拟柱的填充和预处理:实验采用有机玻璃柱，规格为Ф2cm×20cm，见图1.向模拟柱中均匀填入石英砂.通过填充石英砂的质量和模拟柱的体积计算填充密度.在模拟柱的顶端和底端分别装入纱网保证布水均匀性.从模拟柱底端进水直至饱和，通过通入水的体积和模拟柱石英砂的填充体积计算各种介质的孔隙度.填充完毕后，向模拟柱中通入高纯氮气15min，以去除其中的氧气.模拟柱参数见表1.

图1 实验装置示意Fig.1 Schematic of column experiment

表1 模拟柱实验条件及参数θTable 1 Experimental conditions and different parameters for column experiments

模拟柱实验步骤:选择搅拌速度为3000r/ min，表面活性剂浓度0.25%.通过蠕动泵向3个不同介质模拟柱中以液体流量为5mL/min的速度泵入7PVs（pore volume）NZVI悬浊液、SDSNZVI悬浊液和NZVI负载泡沫.探究出水中NZVI的相对浓度变化以及模拟柱介质中NZVI的空间分布情况.

2 结果和讨论

2.1 NZVI的表征

图2是NZVI颗粒的X射线衍射（XRD）图谱.由图2可知，30～90°的2θ在44.75°和82.6°出现体心立方为α-Fe0的（110）晶面和（211）晶面弥散衍射峰，由于Fe3O4和Fe2O3均在2θ为35.32°有衍射峰并不能较好的区分，因此这些次级峰对应的均是铁的氧化物.对照相应的标准谱图可知，实验室制备的纳米铁主要成分为α-Fe0.

图2 NZVI颗粒的XRD图谱Fig.2 XRD pattern of NZVI particles

SDS改性NZVI颗粒透射电镜（TEM）如图3所示.大部分NZVI颗粒尺寸介于20～100nm之间.当SDS浓度为0时，由于NZVI颗粒间磁吸引力和范德华力作用，NZVI颗粒团聚成热力学稳定性较强的链状或块状结构.然而，当加入SDS时，NZVI颗粒表层包覆透明薄膜，从而使NZVI颗粒较均匀的分散于SDS溶液中，由此可知，SDS可以有效抑制NZVI颗粒的团聚.

图3 NZVI颗粒在不同SDS浓度下的透射电镜（TEM）Fig.3 TEM images of （a） bare NZVI particles； （b） NZVI particles with 0.25% SDS

2.2 NZVI在不同载体中的沉降性能

2.2.1 NZVI在水和SDS溶液中的沉降性能 NZVI在溶液中的沉降实验表征NZVI的稳定性.在该实验中，吸光度的变化主要是由于NZVI颗粒的团聚形成较大颗粒沉降，使悬浊液中NZVI数量降低，从而反映了NZVI颗粒的沉降性能.图4表示当SDS浓度分别为0%和0.25%时，悬浊液的相对吸光度随时间变化曲线.由图4可知，当不添加SDS时，NZVI颗粒在磁吸引力和范德华引力作用下迅速团聚并在重力作用下沉降，吸光度在10min之内迅速降低至原来的20%.相反，当SDS浓度为0.25%时，在初始6min中，NZVI颗粒的稳定性较强，全部颗粒均匀分布在悬浊液中.在6～20min之间，相对吸光度迅速下降而后维持在50%基本保持不变.该现象在图3中已有体现，当不添加SDS时，NZVI颗粒团聚形成块状结构，当SDS存在时，NZVI颗粒的分散性和稳定性均大大增加，此时SDS包覆在NZVI颗粒的表面，使NZVI颗粒之间的空间位阻、静电斥力增加，从而抑制NZVI颗粒的团聚.本研究的实验结果与前人的研究多种聚合物表面改性NZVI颗粒，并提高颗粒分散性和稳定性的结果类似［22-23］.

2.2.2 NZVI在SDS泡沫中的沉降实验以及泡沫对NZVI的携带能力 不同搅拌速度下，NZVI在泡沫液膜中的浓度介于1.9～2.6g/L之间，相当于初始浓度（≈2.8g/L）的67.9%～92.9%，由此可见，大部分的初始NZVI颗粒通过搅拌作用转移至泡沫液膜中.然而，3种搅拌速度下，泡沫中NZVI的浓度以及NZVI在泡沫中分布的均匀性并不相同.由表2可知，当搅拌速度是2000r/min时，泡沫液膜中的NZVI浓度与初始浓度的比值介于64.3%～75%之间，当搅拌速度为3000r/min和4000r/min时，该比值分别介于89.3%～92.95%和64.3%～78.6%之间.对于2000r/min，由于搅拌速度较低以及NZVI重力作用，导致一部分NZVI颗粒沉积于容器底部，该现象在实验过程中肉眼可见.对于4000r/min，NZVI颗粒在较强的离心作用下转移至容器壁上，使容器壁颜色变成黑色.由表2可见，当搅拌速度为3000r/min时，泡沫中NZVI浓度较接近于初始NZVI浓度，NZVI颗粒在泡沫中的均匀性较好，因此选择3000r/min作为后续实验的搅拌速度.

为探究NZVI在泡沫中的沉降特性，分别在停止搅拌后0，3，6，9，12min取位于上、中、下3层（每层4个平行样品）泡沫样品并分析其中NZVI含量变化.由图5可知，0min时，NZVI在整个容器中的分布较均匀.初始6min内，由于泡沫破裂和排液较迅速，导致上层和中层内的NZVI量迅速降低，此时下层NZVI含量出现较小幅度升高.在6～12min时，泡沫破裂和排液进入缓慢期，因此3层中泡沫的含量维持在相对稳定状态.究其原因主要是由于上、中两层泡沫破裂释放的NZVI大部分随液体进入容器底部，下层中NZVI补给量远远小于上两层的减少量.

图4 NZVI在水和SDS溶液中的沉降曲线Fig.4 The sedimentation curves of NZVI in water and SDS solution

表2 SDS泡沫对NZVI的携带能力Table 2 The foam ability to carry NZVI particles

图5 3000r/min时，NZVI含量随排液时间的变化Fig.5 The NZVI content in foams with the drainage of foams at 3000r/min

2.3 不同载体携带NZVI在多孔介质中迁移特征

2.3.1 NZVI在0.9～1.4mm粒径介质中的迁移特性 图6表示出水中NZVI的相对浓度C/C0随进水体积的变化曲线以及注入体积为7PV时，NZVI在介质中的空间分布.由图6a可知，对于SDS-NZVI悬浊液和NZVI负载泡沫，初始出水（1.5PV）中C/C0分别是22.6%和58.2%，远大于NZVI悬浊液注入时初始出水中C/C0值.当NZVI悬浊液注入时，C/C0缓慢增大，直至7PV时，C/C0达到0.546，介质中NZVI的分布较均匀，由此可见，在0.9～1.4mm介质中，NZVI悬浊液是以推流的方式前进.对于SDS-NZVI悬浊液，C/C0在注入体积5.5PV时迅速升高至0.921，随后缓慢下降.主要原因是在模拟柱入口端介质孔隙中聚集大量NZVI颗粒（图6b），当持续注入时，由于NZVI颗粒间范德华引力以及磁吸引力作用，NZVI颗粒被截留在模拟柱底端，从而使5.5PV后NZVI相对浓度下降.对于NZVI负载泡沫，由于泡沫的主体为气体，因此NZVI在较短时间较少液体体积（0.68PV）穿透模拟柱，随着泡沫持续注入，NZVI相对浓度逐渐降低.有研究表明，当包气带中含水率小于临界含水率（＞30%）时，介质颗粒之间的连续水膜断裂，形成包裹在介质颗粒周围的较薄液膜，此时液膜厚度小于纳米颗粒的直径，当纳米颗粒经过介质时，就吸附在介质的液膜上，该现象称作薄膜滞留［24］.泡沫注入时的介质含水率小于临界含水率，因此由于薄膜滞留的拦截作用，使大量NZVI颗粒残留在模拟柱底端6cm内，持续注入时，出水中NZVI相对浓度逐渐降低.此外，由于较粗介质的孔隙较大，泡沫在孔隙中的运移速率小，此时气体对NZVI的拖拽力并不能克服薄膜滞留力，因此使NZVI在介质中的迁移受阻.

由图6b可知，对于NZVI悬浊液，NZVI在模拟柱中的分布较均匀，约为3000mg/kg，此时NZVI的残留率为70.6%.对于SDS-NZVI悬浊液和NZVI负载泡沫，NZVI在注入口处大量积累， NZVI在模拟柱中的迁移均匀性较差，然而其在模拟柱中的残留率仅为28.4%和54.8%（表3）.如表3所示，模拟柱3#、6#和9#表明在0.9～1.4mm介质中，NZVI的回收率分别是91.5%、92.6%和94.3%，NZVI的出流率关系满足:SDS-NZVI悬浊液＞SDS负载泡沫＞NZVI悬浊液.因此，SDS溶液和SDS泡沫在一定程度上较水促进了NZVI在多孔介质中的迁移.

图6 介质粒径为0.9～1.4mm时，出水中NZVI相对浓度曲线及介质中NZVI空间分布Fig.6 The relative concentration of NZVI in effluent and the spatial distribution of NZVI in media in0.9～1.4mm diameter sand

表3 模拟柱NZVI质量平衡Table 3 The mass recoveries of NZVI in columns

2.3.2 NZVI在0.5～0.9mm粒径介质中的迁移特性 图7表示当SDS浓度为0.25%时，NZVI在水、SDS溶液和SDS泡沫3种载体携带下，模拟柱出水和介质中NZVI含量变化.由图7可知，对于NZVI悬浊液，当注入体积为1.5PV时，出水中NZVI浓度为0，注入2PV时，少量NZVI迁移出且出水中C/C0仅为0.0027，随后持续升高，直至注入体积为7PV时，C/C0仅为初始浓度的0.32.对于SDS-NZVI悬浊液，当注入体积为1.5PV时，C/C0达到0.28，随着悬浊液的持续注入，在5PV前，出水中C/C0缓慢增加，5PV以后则迅速增加，直至7PV时，C/C0达到0.89.当注入NZVI负载泡沫时，注入液体体积为0.9PV时，C/C0即达到0.30，并且有稳定升高的趋势.

图7 介质粒径为0.5～0.9mm时，出水中NZVI相对浓度曲线及介质中NZVI空间分布Fig.7 The relative concentration of NZVI in effluent andthe spatial distribution of NZVI in media in 0.5～0.9mm diameter sand

如图7a所示，当SDS-NZVI悬浊液与NZVI负载泡沫注入时，在测定范围内，出水中C/C0均高于NZVI悬浊液注入时C/C0值.主要原因是:在多孔介质中，影响NZVI运移的因素主要是介质和纳米颗粒之间的范德华力和静电力、悬浊液在介质中的拖拽力以及水气之间的界面张力.拖拽力促进纳米颗粒在介质中运移，但水气之间界面张力促使纳米颗粒残留在介质表面.当加入表面活性剂时，水气之间的界面张力降低，从而降低了NZVI在介质中的残留.虽然泡沫中液体量较少，有限的降低了水气之间界面张力，但是由于泡沫中的气体的速率远远大于液体的速率，因此其在介质中的拖拽力也促进纳米颗粒的运移［23］.

由图7b可知，NZVI在模拟柱底端6cm范围内的残留率为51.1%，距离注入点越远介质中NZVI含量越低，此时NZVI在介质中的残留率是79.0%，溢出率是17.4%.由表3所示，当NZVI负载泡沫注入时，介质中NZVI含量随着悬浊液注入方向而逐渐降低，NZVI在介质中的残留率为39.5%，溢出率是53.9%.对于SDS-NZVI悬浊液，介质中NZVI均匀分布于模拟柱中，在介质中的残留率是24.4%，溢出率是70.9%.由此可见，在0.5～0.9mm介质中，当SDS溶液和SDS泡沫作为运输NZVI的载体时NZVI的出流量大大增加，NZVI在介质中的空间分布更均匀.在相同注入量时，SDS溶液中NZVI迁移距离大于泡沫中NZVI的迁移距离大于NZVI悬浊液中NZVI的迁移距离.

2.3.3 NZVI在0.25～0.5mm粒径介质中的迁移特性 图8表示当SDS浓度为0.25%时，NZVI在水、SDS溶液和SDS泡沫3种载体携带下，出水和介质中NZVI含量变化.由图8a可知， NZVI悬浊液注入时，出水中NZVI相对浓度C/C0随进水体积的增大而增大，直至6PV时，C/C0达最大值0.173，而后基本不变.对于SDS-NZVI悬浊液，初始3PV，出水中C/C0逐渐升高至0.268，在3-4PV期间基本保持不变，持续注入体积大于4PV，出水中C/C0呈下降趋势.主要是由于介质中残留的NZVI对注入的NZVI具有截留作用，此时NZVI前进的拖拽力并不能克服NZVI颗粒之间的静电引力，从而导致NZVI颗粒均匀的残留在介质中，出水中NZVI浓度下降.对于SDS负载泡沫，出水中C/C0逐渐升高，直到注入体积6.5PV时，C/C0达到0.386.由此可见，SDS溶液和SDS泡沫与水相较均有效促进NZVI在模拟柱中的迁移.

图8 介质粒径为0.25～0.5mm时，出水NZVI相对浓度曲线及介质中NZVI空间分布Fig.8 The relative concentration of NZVI in effluent and the spatial distribution of NZVI in media in 0.25～0.5mm diameter sand

由图8b所示，NZVI在介质中的含量随注入方向逐渐降低，NZVI悬浊液与SDS-NZVI悬浊液注入时，NZVI主要截留在模拟柱底部10cm的范围，NZVI负载泡沫注入时，NZVI在模拟柱底部4cm内的残留量占总残留量的70%，由此可知，SDS泡沫在促进介质中NZVI均匀分布性弱于SDS溶液与水.

图9 3种粒径介质中，NZVI悬浊液注入时（a），SDS-NZVI悬浊液注入时（b），NZVI负载泡沫注入时（c），出水中NZVI的相对浓度曲线Fig.9 The relative concentrations of NZVI in effluent under bare NZVI suspension， SDS-NZVI suspension，and NZVI-laden foam injection in the three diameters sand size

2.3.4 NZVI在不同介质中迁移特性比较 图9a、b、c分别表示NZVI悬浊液、SDS-NZVI悬浊液和NZVI负载泡沫在3种不同粒径介质中迁移特性.由图9a可知，当注入NZVI悬浊液时，出水中NZVI的相对浓度C/C0满足以下关系: 0.9～1.4mm＞0.5～0.9mm＞0.25～0.5mm.结合图6b、7b与8b可知，与0.9～1.4mm和0.5～0.9mm粒径介质相比，在水载体作用下，NZVI在0.25～0.5mm介质中的分布不均匀，NZVI总残留率达91.2%，此时模拟柱底端8cm范围截留大于90%的NZVI颗粒（图8b）.对于SDS-NZVI悬浊液，出水中NZVI的相对浓度C/C0在不同介质中的变化规律亦满足以下关系:0.9～1.4mm＞0.5～0.9mm＞0.25～0.5mm.这3种介质中，NZVI分布的均匀性相差不大，然而与NZVI悬浊液相较，NZVI分布均匀性增强.如图9c所示，对于0.5～0.9mm介质，出水中NZVI相对浓度大于其他2种介质中NZVI的相对浓度，并呈逐渐升高趋势.如图8b所示，超过70%的NZVI残留在模拟柱底端，但由于较细介质孔隙小，孔隙流速较大，泡沫中气流的速度远远大于较粗介质中气流速度，因此NZVI在泡沫的携带作用下克服静电引力以及范德华力的作用实现更好地迁移.

3 结论

3.1 对于NZVI悬浊液，NZVI在0.25～0.5mm介质中的残留率最大，0.5～0.9mm其次，0.9～1.4mm最小，不同介质中NZVI迁移的均匀性关系满足0.9～1.4mm＞0.5～0.9mm＞0.25～0.5mm.对于SDSNZVI悬浊液，NZVI在0.25～0.5mm介质中残留率最大，其次是0.9～1.4mm与0.5～0.9mm， NZVI在介质中分布均匀性关系为0.5～0.9mm＞ 0.9～1.4mm＞0.25～0.5mm；对于NZVI负载泡沫， NZVI的迁移速度较NZVI悬浊液与SDS-NZVI悬浊液最大，在0.25～0.5mm、0.5～0.9mm和0.9～1.4mm介质中的残留率分别为61.1%、39.5%和54.8%，在研究范围内，NZVI在0.5～0.9mm介质中分布均匀性最好，0.25～0.5mm其次，0.9～ 1.4mm均匀性最差.

3.2 在研究的3种介质中，SDS溶液和SDS泡沫较水均有效促进了NZVI的运移.对于0.9～1.4mm介质，SDS溶液对NZVI迁移的促进作用较SDS泡沫更明显，对于0.25～0.5mm介质，SDS泡沫对NZVI迁移的促进作用较SDS溶液更大，对于0.5～0.9mm介质，SDS泡沫和SDS溶液较水均有效促进NZVI在介质中的运移.

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Transport characteristics of nanoscale zero valent iron carried by three different vehicles in porous media.

SU Yan1，ZHAO Yong-sheng2， LIANG Xiu-chun3， LI Lu-lu1， QIN Chuan-yu2*（1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment， Ministry of Education， Jilin University， Changchun 130021， China；2.Department of Environmental Engineering， Jilin University， Changchun 130021， China；3.Hydro and Power Design Institute of Jilin， Jilin 132013，China）. China Environmental Science， 2015，35（1）：129～138

Batch and column experiments were conducted to discuss the stability of NZVI in three vehicles， such as water， sodium dodecyl sulfate （SDS） solution and SDS foam， and the transport properties in three diameter sands （0.25～0.5mm，0.5～0.9mm， 0.9～1.4mm） within the three vehicles. Three main results were obtained in this work. First， for bare NZVI suspension， the effluent rate of NZVI from column were 20.9%，17.4% and 6.5% for 0.9～1.4mm， 0.5～0.9mm and 0.25～0.5mm diameter sands， respectively. Moreover， the spatial distribution of NZVI particles in porous media met the following order: 0.9～1.4mm＞0.5～0.9mm＞0.25～0.5mm. For SDS-NZVI suspension， the delivery ability were more enhanced in 0.9～1.4mm， 0.5～0.9mm than that in 0.25～0.5mm diameter sand. The spatial distribution of NZVI particles in porous media met the following order: 0.5～0.9mm ＞0.9～1.4mm＞0.25～0.5mm. For NZVI-laden foam， the mobility of NZVI in porous media was enhanced in 0.5～0.9mm and 0.25～0.5mm diameter sands compared with that of NZVI suspension and SDS-NZVI suspension. The spatial distribution of NZVI particles in 0.5～0.9mm diameter sand was the best， followed by 0.25～0.5mm and 0.9～1.4m diameter sands. Finally， the results showed that the migration of NZVI in porous media was accelerated by SDS solution and SDS foam compared to water. Besides， the acceleration of transport of NZVI carried by SDS solution was relatively obvious in 0.9～1.4mm diameter sand， while the acceleration of transport of NZVI carried by SDS foam was greater than that by SDS solution in 0.25～0.5mm diameter sand.

vehicle；nanoscale zero-valent iron；transport characteristic；porous media

X523

A

1000-6923（2015）01-0129-10

苏 燕（1986-），女，山东菏泽人，吉林大学博士研究生，主要从事污染场地控制与修复方向.发表论文6篇.

2014-03-28

北京市教育委员会市属高校创新能力提升计划（TJSHG201310772028）；吉林大学研究生创新基金（2014097）；国家自然科学基金（41302183）；博士后科学基金（2013M530987）；高等学校博士点基金（20130061120085）

* 责任作者， 副教授， qincyu@jlu.edu.cn