碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

刘美丽，牛其建，俞洋洋，成 亮*

1. 江苏大学环境与安全工程学院，江苏 镇江 212013

2. 江苏大学农业工程学院，江苏 镇江 212013

近年来，随着工农业和城市化的迅速发展，重金属造成的环境污染日趋严重[1]. 重金属铬广泛用于造纸、电镀、染料制造、皮革鞣制和油漆等过程[2-3]，大量含铬废物排放到自然环境中造成了严重的污染.Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)是铬常见的存在状态[4]，其中Cr(Ⅵ)，如Cr2O7

2-和HCr2O7-[5]，具有强烈的毒性和流动性[6-7]；Cr(Ⅲ)，如[Cr(H2O)6]3+，在水中溶解度低，具有低的流动性和生物释放性[8-9]. 铬污染治理的主要对象是Cr(Ⅵ)[10]，其在新陈代谢过程中易在人体内积累，造成皮肤刺激、肺癌等一系列的健康问题[11]. 为解决Cr(Ⅵ)污染带来的一系列问题，研究人员开发了多种处理Cr(Ⅵ)的方法，包括化学还原[12]、吸附[13]、生物修复[14]、电凝[15]等. nZVI(纳米零价铁)以优异的化学性能[16]、较低的价格[17]、高的反应活性[18]、大的比表面积[19]、较强的表面吸附能力[20]和还原能力[21]，成为一种高效简便去除Cr(Ⅵ)的材料. 然而，nZVI在实际应用中也出现了一些新的问题，如易氧化[22]、易团聚[23]、难回收[24]、有毒性[25]等. 为了解决这些问题，学者们用不同载体材料来稳定和增强nZVI的性能，如膨润土[26]、沸石[27]、海绵[28]、电纺纳米纤维[29]和二氧化硅[30]等，但对于提高nZVI稳定性、分散性和抗氧化性仍有一定的局限性. 因此，发展各种材料负载nZVI以提高其性能仍然是一个巨大的挑战[31].

碳材料因高比表面积、丰富的官能团和良好的化学稳定性而受到广泛关注并被用于重金属去除[6,32].碳材料负载nZVI不仅有利于提高nZVI稳定性、分散性和抗氧化性，也有利于提高Cr(Ⅵ)的去除率[33-34].目前，碳材料负载nZVI在去除Cr(Ⅵ)领域已得到广泛研究. Yan等[35]将活性炭负载nZVI的复合材料用于三维电极体系中铬污染土壤的电动修复；Tran等[36]用固定床柱评估生物炭负载nZVI复合材料去除污水中的Cr(Ⅵ)；Liang等[37]在可见光下，用nZVI/类石墨氮化碳纳米杂化材料光催化去除水中的Cr(Ⅵ).不同碳材料负载nZVI去除Cr(Ⅵ)的方案如图1所示. 鉴于此，该文首先系统综述了碳材料负载nZVI的制备方法，分析了不同碳基复合材料去除Cr(Ⅵ)的效能，并进一步讨论了环境因素对碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响.

图 1 碳材料负载nZVI去除Cr(Ⅵ)的示意Fig.1 The schematic diagram of Cr(Ⅵ) removal by carbon-based nZVI

1 碳基材料负载nZVI复合材料的制备

碳基nZVI复合材料是指碳材料表面均匀负载nZVI后形成的材料. 碳基材料可以是活性炭、生物炭等大孔径材料，也可以是碳纤维、介孔碳、石墨烯等纳米材料. 该文简单概括了制备碳基nZVI复合材料的两种主要方法-湿化学法和热转化法.

1.1 湿化学法

硼氢化物(BH4-)还原是水溶液中制备nZVI的常见方法[38]. 活性炭、生物炭、碳纤维、介孔碳、石墨烯等碳材料作为支持材料，Fe2+、Fe3+或者氧化铁用作前体被BH4-还原，生成nZVI，其反应方程见式(1)(2)：

由于大多数碳材料表面带负电，Fe2+或Fe3+能吸附在碳材料表面或与表面官能团形成复合物. BH4-将Fe2+或Fe3+还原，在碳材料上形成nZVI. 例如，Zhang等[39]通过硼氢化钠还原制备了生物炭-羧甲基纤维素-nZVI复合材料(biochar-CMC-nZVI)(见图2)，磁滞曲线显示，加入0.1%羧甲基纤维素形成的复合材料(biochar-0.1CMC-nZVI)在环境中不易团聚，其饱和磁化强度(Ms)为22.1 emu/g，无磁滞回线现象；Wang等[40]通过硼氢化钠还原法制备了功能化氧化石墨烯负载nZVI复合材料(ATGO-nZVI)(见图3). SEM和TEM结果显示，该材料能提高nZVI分散性，使nZVI随机分散在石墨烯纳米片上；Qu等[41]制备了nZVI、四氧化三铁(Fe3O4)和活性炭纤维复合材料(nZVI-Fe3O4/ACF)(见图4)，TEM结果显示，nZVI-Fe3O4/ACF能有效抑制nZVI的团聚，并且Fe3O4和nZVI表现出良好的协同效应.

图 2 湿化学法制备biochar-CMC-nZVI的合成示意[39]Fig.2 Schematic illustration of biochar-CMC-nZVI synthesis using wet chemistry method[39]

图 3 湿化学法制备ATGO-nZVI的合成示意[40]Fig.3 Schematic illustration of ATGO-nZVI synthesis using wet chemistry method[40]

图 4 湿化学法制备nZVI-Fe3O4/ACF的合成示意[41]Fig.4 Schematic illustration of nZVI-Fe3O4/ACF composite synthesis using wet chemistry method[41]

湿化学方法制备碳基nZVI复合材料时，nZVI能减少团聚，显示出良好的分散性. 这是因为附着在碳材料官能团上的nZVI具有低迁移率并且被碳包覆的nZVI有较低的磁性.

1.2 热转化法

热转化法是指在还原性气体或惰性气体下，在含碳物质的存在下，高温还原氧化铁、Fe3+或Fe2+来制备nZVI的方法[42]. 生物炭、活性炭、介孔碳等碳材料由于来源广泛，价格低廉的特性被广泛作为支持材料用于热转化法制备nZVI. 氧化铁可以作为热转化法合成nZVI复合材料的前体，例如，天然赤铁矿中的氧化铁，可以被氢气(H2)、一氧化碳(CO)和混合气体高温还原为零价铁[43]. Wang等[44]在氮气条件下，在管式炉中制备了赤泥包埋的零价铁生物炭复合材料(RM/BL)(见图5). 除氧化铁外，Fe3+和Fe2+也可作为nZVI或Fe3C复合材料的前体，Tang等[45]通过热转化的方法合成了nZVI与有序介孔碳复合材料(Fe/CMK-3)(见图6).

图 5 热转化法制备RM/BL的合成示意[44]Fig.5 Schematic illustration of RM/BL synthesis using thermal transformation method[44]

图 6 热转化法制备Fe/CMK-3的合成示意[45]Fig.6 Schematic illustration of Fe/CMK-3 synthesis using thermal transformation method[45]

热转换法具有两个方面的优势：一是碳材料和铁离子的共热解是个节约成本的过程，不需要昂贵的还原剂(如BH4-)；二是可以使更多的铁嵌入到碳基质中.

2 碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的效能

碳材料的物理化学性质对碳基nZVI复合材料的性能有重要影响. 不同形式的碳材料作为支持载体能提高nZVI的反应性、稳定性和抗氧化性，使碳基nZVI复合材料更好地用于修复Cr(Ⅵ)污染的水环境.

2.1 活性炭基材料

活性炭是一种具有高比表面积的碳材料[46]，由于其良好的电化学稳定性、理想的导电性等，被广泛用作支持载体. 活性炭负载nZVI能促进复合材料与Cr(Ⅵ)的电子转移，提高Cr(Ⅵ)去除率. 例如，Wu等[47]制备的活性炭负载nZVI复合材料(C-Fe0)，以铁、活性炭分别作为阳极、阴极来形成微米电池，结果显示，该微米电池能促进电子转移并且Cr(Ⅵ)的去除速率明显提高.

Song等[48]以多孔活性炭球(PACB)材料作为载体，在700oC下制备了PACB负载nZVI的复合材料(Fe@PACB-700)〔见图7(a)〕，经测试，该材料的比表面积达1 032.09 m2/g，可有效去除Cr(Ⅵ)，且在循环利用5次后其对Cr(Ⅵ)的去除率仍在60%以上〔见图7(b)〕.

图 7 Fe@PACB-700的SEM图像及其不同循环利用次数对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]

当nZVI固定在活性炭材料中时，与未固定的nZVI相比，活性炭负载能加快电子转移，提高nZVI的反应活性，促进Cr(Ⅵ)的去除.

2.2 石墨烯基材料

石墨烯是由SP2杂化碳原子单层构成的二维(2D)片，具有高的比表面积(2 630 m2/g)[46]. 氧化石墨烯是含有高密度羟基(-OH)、环氧、羰基(-C=O)和羧基(-COOH)的功能化石墨烯[49]. Ren等[50]制备了氧化石墨烯nZVI复合材料(rGO-nZVI)，TEM结果显示，nZVI颗粒均匀稳定地分散在氧化石墨烯上，并且该材料在反应24 h后仍具有去除Cr(Ⅵ)的能力，能有效克服nZVI易钝化的问题，其反应机理是rGO-nZVI表面的氧化石墨烯接收来自Fe0的电子后传递给Cr(Ⅵ)，Cr(Ⅵ)接收电子还原为Cr(Ⅲ)，同时Cr(Ⅲ)形成的Cr(Ⅲ)氢氧化物被带负电的氧化石墨烯片吸附(见图8). 因此，rGO-nZVI不仅能提高nZVI的分散性，而且能形成良好的导电网络，有效解决nZVI易钝化的问题.

图 8 rGO-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除机理[50]Fig.8 Removal mechanism of Cr(Ⅵ) from water using rGO-nZVI[50]

Xu等[51]将零价铁负载在膨胀石墨烯上，制成复合材料(EG-ZVI)，用于去除Cr(Ⅵ)，结果显示，该材料对Cr(Ⅵ)的去除率为98.80%，远高于EG(10.00%)和ZVI(29.80%). Wang等[40]合成的氧化石墨烯nZVI复合物材料(ATGO-nZVI)，对Cr(Ⅵ)的去除率高于nZVI和ATGO，且塔菲尔极化曲线表明，ATGO-nZVI的稳定性高于nZVI.

与其他碳材料相比，石墨烯有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性. 当石墨烯负载nZVI时，石墨烯的二维结构可以为nZVI提供骨架支撑，克服nZVI的聚集瓶颈. 另外，石墨烯负载nZVI将在受Cr(Ⅵ)污染的含水层中形成铁-碳微电解系统，增强和加速电子转移，避免nZVI的钝化，显示出高效去除Cr(Ⅵ)的能力.

2.3 介孔碳基材料

介孔碳由于可调的结构性质，在材料化学和工业应用中发挥着越来越重要的作用[52]. 目前，以介孔碳为载体负载nZVI已被证明是一种高效去除Cr(Ⅵ)的方法. Dai等[53]用热转化法合成了介孔碳负载nZVI复合材料(nZVI/OMC-3)，并通过介孔碳的吸附和nZVI的还原作用去除Cr(Ⅵ) (见图9)，研究显示，介孔碳丰富的孔道能提高Cr(Ⅵ)通过nZVI/OMC-3的传质速率，使Cr(Ⅵ)去除率在10 min内达到99%；同时，介孔碳能为nZVI提供保护层，防止nZVI的氧化，提高nZVI的稳定性，nZVI/OMC-3对Cr(Ⅵ)的去除率在第7次循环后仍在60%以上.

图 9 nZVI/OMC-3去除Cr(Ⅵ)的机理[53]Fig.9 Removal mechanism of Cr(Ⅵ) from water using nZVI/OMC-3[53]

Sun等[54]将nZVI固定在介孔碳中，TEM结果显示，nZVI均匀地分散在该材料孔内，且介孔碳的孔径会减小nZVI粒子的尺寸，增加nZVI的活性位点，加快nZVI去除Cr(Ⅵ)的速率. 该材料的准一级动力学模型常数(Kobs)为0.419 min-1，约是nZVIs的34倍.

介孔碳具有可调的结构性质，多孔的结构，有利于提高nZVI的分散性，并且介孔碳nZVI复合材料在去除Cr(Ⅵ)的过程中可以加快传质速度，提高去除速率. 但是由于介孔碳的孔径大小不能精确设计，对nZVI性能的提高仍然有限.

2.4 生物炭基材料

生物炭是一种富含碳的热解物质，是生物燃料生产过程中，有机物质在高温、限氧或无氧条件下热分解的结果. 近年来，生物炭已被广泛用作各种催化剂和吸附剂的载体基质. 例如，Dong等[11]合成了生物炭负载nZVI的复合材料(nZVI@HCl-BC)，一方面盐酸改性的生物炭作为良好的导体，将来自Fe0的电子传输到Cr(Ⅵ)，提高Cr(Ⅵ)去除率；另一方面不溶性反应产物Cr(Ⅲ)氢氧化物或Fe(Ⅲ)氢氧化物覆盖在nZVI@HCl-BC表面，避免了反应产物带来的二次污染问题(见图10).

为更好地研究生物炭负载nZVI复合材料，Shang等[55]用草本植物残渣生物炭负载nZVI去除水中的Cr(Ⅵ)，结果显示，Cr(Ⅵ)去除率在99%以上；Zhu等[56]制备了改性生物炭负载nZVI复合材料(nZVI-HBC)，SEM结果显示，nZVI均匀分布在生物炭的表面或孔隙中，有效防止nZVI的团聚并能提高Cr(Ⅵ)的去除率，且nZVI-HBC在循环6次后仍能显著去除Cr(Ⅵ).

生物炭成本低，富含多种官能团，具有较高的表面活性以及良好的导电性. 用生物炭支持nZVI能够调节nZVI的分散性和电子转移能力，提高对Cr(Ⅵ)的去除效果，促使其修复环境中的Cr(Ⅵ).

2.5 碳纤维基材料

碳纤维是一种易得的多孔富碳材料. 碳纤维负载nZVI，可将nZVI紧密结合到碳纤维中，提高nZVI的稳定性，增加nZVI的比表面积，最大限度地利用nZVI. Li等[57]制备了以碳纤维为载体、羧甲基纤维素为改性剂的nZVI复合材料(CF-CMC-nZVI). 结果显示，该材料中nZVI分散性更好，抗氧化活性更强，对Cr(Ⅵ)有较强吸附能力，最大吸附量为217.04 mg/g；Huang等[58]对活性炭纤维毡负载nZVI复合材料(ACFF-nZVI)去除Cr(Ⅵ)的性能进行了研究，发现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]用活性炭纤维负载nZVI复合材料(ACF-nZVI)去除地下水中的Cr(Ⅵ)，发现ACF-nZVI有高度有序的介孔结构特征，其比表面积和孔体积分别为668.5 m2/g和0.42 cm3/g，远高于nZVI. 另外，SEM结果显示，分布在活性炭纤维表面的nZVI仅有少量团聚〔见图11(a)〕. ACF-nZVI通过还原和吸附将溶液中的Cr(Ⅵ)完全去除〔见图11(b)〕，并且该材料在5个循环后仍能保持90%以上的Cr(Ⅵ)去除率.

图 11 ACF-nZVI的SEM图像及其对Cr(Ⅵ)的去除机理[59]Fig.11 The SEM image of ACF-nZVI and associated Cr(Ⅵ) removal mechanism[59]

与其他碳基材料相比，炭纤维材料具有更高的比表面积、更稳定的结构和更大的吸附能力，并且炭纤维表面可以容纳大量含氧基团，对重金属离子的吸附更加有效[57]. 因此，利用炭纤维材料作为基材复合nZVI能够提高载体材料和nZVI的结合性，可以进一步提高对Cr(Ⅵ)的去除率.

3 环境因素对去除Cr(Ⅵ)的影响

3.1 温度

温度是影响物理化学反应的常见参数，对重金属的吸附和去除有重要影响. 由表1可见，随着温度的升高，碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率逐渐增加. 碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)是一个自然吸热的过程，在较高温度下会降低传质阻力，加速扩散，提高对Cr(Ⅵ)的去除率[60]. 在20~30 ℃下，随着温度的升高，金属离子的迁移率增加，金属离子与复合材料吸附位点的接触概率增加，最终使Cr(Ⅵ)的去除率提高[40]. Zhao等[63]在研究碳材料负载nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的过程中发现，随着温度的升高，Cr(Ⅵ)的准二级动力学模型吸附速率和吸附量都会增加.

表 1 不同温度下碳材料负载nZVI对Cr(Ⅵ)去除率的影响Table 1 Effect of temperature on Cr(Ⅵ) removal efficiency of carbon-based nZVI composites

3.2 氧气

nZVI易氧化，被认为是限制Cr(Ⅵ)去除率的主要因素之一. 例如，Wang等[16]研究发现，在氮气条件下，碳基零价铁复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率远高于在空气和氧气中. 这是因为氧气的标准电极电势比Cr(Ⅵ)低，更易获得电子，且溶解氧导致nZVI表面形成钝化层，阻止电子从Fe0转移到Cr(Ⅵ). 但碳基nZVI复合材料能有效减少氧气对Cr(Ⅵ)去除率的负面影响，延长储存时间. Ren等[50]发现氧化石墨烯nZVI复合材料中，nZVI和氧化石墨烯之间的电势差，能促进内部Fe0到rGO电子转移，减少表面钝化层对复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响. Sun等[54]发现，介孔碳包覆nZVI能防止nZVI氧化. Zhang等[64]制备的生物炭负载nZVI复合材料，在储存一周后对总铬的去除率仍能达到74.5%. 因此碳基负载nZVI能一定程度上解决工程应用中nZVI的储存难题，降低nZVI氧化速率.

3.3 pH

pH被认为是碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)去除过程中最重要的影响因素之一[65]. 如表2所示，随着pH升高，碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率降低. 就碳基nZVI复合材料而言，一方面酸性条件会腐蚀nZVI表面的钝化层，减少nZVI钝化对反应的抑制作用；另一方面，碳基nZVI复合材料的零点电荷在pH=3.0~4.0之间，有助于在低pH下通过静电吸引去除Cr(Ⅵ)[39]. 就Cr(Ⅵ)溶液而言，Cr(Ⅵ)在不同酸碱度下以不同的形式(如H2CrO4、HCrO4-、Cr2O72-、CrO42-)存在[66]，当pH＜3时，溶液中Cr(Ⅵ)的主要存在形式为HCrO4-；随着酸碱度的增加，HCrO4-会转化为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]. 综上，酸性条件更有利于碳基nZVI复合材料去除环境中的Cr(Ⅵ).

表 2 不同pH下碳材料负载nZVI对Cr(Ⅵ)去除率的影响Table 2 Effect of pH on Cr(Ⅵ) removal efficiency of carbon-based nZVI composites

一般而言，碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)受pH影响很大，而石墨烯负载nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)却受pH的影响相对较小. 一方面石墨烯的结构稳定并且对nZVI有很好的包覆作用，减少环境因素对nZVI的影响；另一方面石墨烯具有良好的导电性，能够避免反应产物Cr(Ⅲ)氢氧化物或Fe(Ⅲ)氢氧化物对nZVI的钝化作用[50]. 例如，Kumarathilaka等[72]通过对淀粉包覆nZVI-石墨烯复合材料(nZVI-Gn)去除铬的研究发现，pH在3~9时Cr(Ⅵ)去除率下降，不足20%；Xu等[51]研究也发现，石墨烯-零价铁复合材料能有效克服传统零价铁复合材料对低酸碱度的依赖.

3.4 离子强度和共存离子

溶液中的背景电解质浓度可以用离子强度来表示. 离子强度影响双层的界面电位和厚度，从而影响碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除. Qu等[59]研究发现：当Ca2+浓度从0 mg/L增至100 mg/L时，Cr(Ⅵ)去除率从94.0%降至88.9%，Ca2+的加入略微抑制了Cr(Ⅵ)的去除；而Ca2+浓度增至200 mg/L时，Ca2+通过中和表面电荷提高对Cr(Ⅵ)的吸附，使Cr(Ⅵ)去除率达到98.1%，高于溶液中无Ca2+的去除率

共存离子是水环境中的重要组成部分，影响复合材料对Cr(Ⅵ)的去除. 研究NO3-、HCO3-和Cl-对碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响，在实际应用中具有重要意义. Shao等[66]研究了NO3-对生物炭负载nZVI去除Cr(Ⅵ)的影响，发现NO3-抑制了复合材料对Cr(Ⅵ)的去除. 这是因为水溶液中的NO3-会与Cr2O72-争夺复合材料的活性位点，并且NO3-的还原会消耗系统中的nZVI，从而减少还原Cr2O72-的电子供体，抑制Cr(Ⅵ)的去除[7]. Qu等[59]发现随着HCO3-浓度的提高，活性炭纤维负载nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低. 这是因为HCO3-浓度提升导致nZVI和Cr(Ⅵ)之间的电子转移被破坏，并且HCO3-可以提高溶液的pH，使Cr(Ⅵ)去除率降低[41].另外，常见的Cl-也被研究对Cr(Ⅵ)去除率的影响.究其原因可能是：①Cl-的存在会促进铁腐蚀，增加反应位点；②较高Cl-含量会产生铁(氢)氧化物沉淀和β-羟基氧化铁，阻止电子从nZVI转移到污染物. 结果表明，在以上两种原因共同的作用下，Cl-几乎不影响复合材料对Cr(Ⅵ)的去除效率[55].

4 问题与展望

大量研究表明，通过碳基材料负载nZVI可以克服nZVI易团聚、易氧化、不稳定的缺点. 不同碳基材料的优点以及碳基nZVI复合材料在一定环境条件下对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量如表3所示. 碳材料负载nZVI去除Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2~20倍. 尽管碳基nZVI复合材料在一定程度上弥补了nZVI的不足，但是仍面临一些问题：①碳基nZVI复合材料的性能部分取决于支持材料的尺寸、结构和组成. 如何精确构建支持材料的尺寸和结构，仍是当前研究的一大难点. 因此今后的研究中可利用新兴技术，如3D打印、静电纺丝等，通过碳化工艺精准构建碳支持材料. ②水环境非常复杂，不同水环境中温度、pH、溶解氧、离子强度和共存离子都会影响碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除. 因此下一步需要系统研究影响机理，从而研制出受外界环境影响小的多层复合的碳基nZVI材料，如凝胶-碳-nZVI复合材料. ③石墨烯、碳纤维等碳基nZVI复合材料制备的成本较高、工序较多. 因此简化工艺，研制低成本、无污染且可大规模、工业化生产的碳基nZVI复合材料至关重要. ④目前关于碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的研究大多是实验室研究，采用单一的Cr(Ⅵ)污染物，处理效果不能有效真实地反映碳基nZVI的场地应用效果. 因此下一步有必要开展碳基nZVI复合材料中试及场地应用研究，研究复合材料在实际应用中去除Cr(Ⅵ)的效果.

表 3 典型碳材料负载nZVI对Cr(Ⅵ)去除效果的比较Table 3 Comparison of Cr(Ⅵ) removal efficiency of nZVI loaded on typical carbon materials

5 结论

a) 湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性，减少团聚；热转化法合成的复合材料有利于节约成本，提高碳材料和nZVI的结合性.

b) 活性炭基、生物炭基、介孔碳基、石墨烯基和碳纤维基nZVI复合材料能普遍提高nZVI的稳定性、抗氧化性和分散性；同时，碳材料可以促进电子的转移来提高碳基nZVI复合材料对Cr(Ⅵ)的去除效能.

c) 虽然碳材料包覆nZVI能在一定程度上减少nZVI对环境的依赖性，但碳基nZVI复合材料仍受环境因素(温度、pH、氧气、离子强度和共存离子)的影响.