环境与能源工程学院博士后在环境领域TOP期刊《Water Research》上发表最新研究成果
本网讯 近日,环境与能源工程学院博士后周冠男以共同通讯作者身份在环境领域顶级期刊《Water Research》(IF=12.4,中科院一区TOP)发表题为《Microbial-induced Kirkendall effect for aged nanosized zero-valent iron regeneration and enhanced pollutant reductive removal》的学术论文。安徽建筑大学为共同通讯单位。纳米零价铁(nZVI)在地下水修复和污染控制领域展现出良好的应用前景。然而,在合成、储存及使用过程中,nZVI表面不可避免地形成致密的铁氧化物钝化层(老化效应),严重阻碍电子从Fe(0)核向表面的传递,从而导致其污染物去除效率显著下降;此外,nZVI由于表面老化屏蔽了内部高活性Fe(0),导致其电子利用率极低,直接作为固废处理会造成大量的资源浪费。因此,开发高效且环境友好的老化nZVI活化技术,提升其电子传递效率和可持续性,是保障基于nZVI的污染物处理工艺长期稳定运行的关键途径。针对于此,本研究开创性地提出了基于异化金属还原菌Shewanella oneidensisMR-1诱导Kirkendall效应的老化nZVI生物再生新策略。结果表明,生物再生nZVI(BR-nZVI)表现出显著增强的污染物去除性能,其对 Cr(VI) 的去除速率常数较A-nZVI提高约50倍,同时具备更优异的环境适应性和循环稳定性。多种表征结果表明,生物成因铁氧化物/硫化物的非均相质量扩散触发了 Kirkendall效应,促进铁元素的优先向外迁移,从而形成了独特的“蛋黄-蛋壳”纳米结构。这种微生物诱导的Kirkendall效应显著提升了nZVI的比表面积、孔隙结构、疏水性及电子传递能力,从而有效促进污染物的还原去除过程。此外,该生物再生策略适用于多种硫源和不同粒径的ZVI,并在去除四溴双酚A等多种污染物方面表现出广泛的适用性。以上成果为零价铁基纳米材料在环境修复中的可持续应用提供了新的科学依据和技术支撑。该工作得到了国家重点研发计划(2023YFC3709604)和国家自然科学基金(52025101、52300223和U23A20676)等多个科研项目支持。(作者:周冠男;一审:侯晓云;二审:黄健;三审:谢发之)