廣州地化所在利用單質硫硫化納米零價鐵研究方面取得新進展
納米零價鐵(nZVI)作為一種極具應用前景的地下水和土壤修復環境納米材料，在處理一系列有毒和有害的環境污染物，特別是鹵代持久性有機污染物方面具有巨大的潛力。然而，nZVI與O2、H2O/H+等自然氧化物種的反應會加速nZVI的表面鈍化，降低其對目標污染物的處理能力，阻礙nZVI在污染場地修復中的進一步推廣和應用。
最近的研究發現利用還原性硫化物硫化nZVI能抑制nZVI表面的析氫反應（H2O與Fe0反應形成H2），增加nZVI的電子利用效率和對目標污染物的選擇性。目前，nZVI硫化的傳統方法主要是利用不穩定的還原性硫化物如連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)或硫化鈉(Na2S)在水溶液中進行硫化。這種硫化方法存在一定的局限性，包括（1）大量Fe0被高價硫物種(如S2O42-)氧化，導致活性Fe0和硫化試劑的消耗；（2）硫化過程中會釋放出有毒有害氣體H2S；（3）活性Fe0與水發生反應，降低了nZVI的反應活性。因此，尋求一種安全穩定的硫化劑和開發環境友好的硫化技術，對硫化納米零價鐵（S-nZVI）在環境修復中的應用具有重要的意義。
中國科學院廣州地球化學研究所博士研究生王賀麗在導師彭平安研究員和鐘音副研究員的指導下，選擇了安全、穩定和價格低廉的單質硫（S0）與nZVI在乙醇體系下進行硫化反應，并通過X-射線光電子能譜、透射電子顯微鏡、析氫實驗、電化學實驗等一系列手段對獲得的S-nZVIS進行表征分析。結果表明S0硫化的nZVI表面形成了較均勻的FeS/FeS2層（圖1），該FeS/FeS2層不僅減緩了nZVI的析氫反應，還增強了表面電子傳輸速率（圖2）。與nZVI和其他硫化劑硫化的納米零價鐵（S-nZVINa2S和S-nZVINa2S2O4）相比（圖3 A-C），S-nZVIS還原轉化潛在持久性有機污染物四溴雙酚A （tetrabromobisphenol A, TBBPA）及其脫溴產物的速率更快。此外，S-nZVIS可應用于受TBBPA污染的環境水樣(包括河水、地下水、自來水)的處理，還原轉化TBBPA的速率顯著高于nZVI（圖3D）?？傊?，該方法規避了傳統還原性硫化物消耗活性Fe0及釋放有毒氣體的應用弊端，減少了Fe0與水的反應，提高了nZVI對污染物的反應活性，是一種簡單、安全、廉價和高效的硫化方法，為S-nZVI在污染場地修復中的應用提供理論依據和技術參考。
圖1不同硫鐵摩爾比下S-nZVIS XPS S 2p窄區光譜圖(A)、S形態分布圖(B)、XPS Fe 2p窄區光譜圖(C)和Fe形態分布圖(D)
圖2不同硫鐵摩爾比條件下S-nZVIS修飾玻碳電極的Tafel極化曲線圖(A)和循環伏安曲線圖（B）
圖3 S-nZVIS （A）、S-nZVINa2S2O4（B）和S-nZVINa2S（C）對TBBPA去除的動力學過程及S-nZVIS處理受TBBPA污染的環境水樣（D）
圖4 Enironmental Science: Processes & Impacts Front cover (outside)
該研究成果近期正式發表在國際期刊Enironmental Science: Processes & Impacts上，并被選為主封面文章（outside front cover，圖4）。該研究獲得了國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目和有機地球化學國家重點實驗室開放基金等項目的資助。
Wang Heli, Zhong Yin, Zhu Xifen, Li Dan, Deng Yirong, Huang Weilin and Peng Ping'an. Enhanced tetrabromobisphenol A debromination by nanoscale zero valent iron particles sulfidated with S0 dissolved in ethanol. Environ. Sci.: Processes Impacts, 2021, 23, 86-97, DOI: 10.1039/d0em00375a.
