塑性变形对零价铁降解污染物能力影响及作用机制研究

固态金属剧烈塑性变形后位错等结构缺陷剧增，体系化学活性增加，导致腐蚀加速；现有零价铁强化还原措施，多通过提高零价铁比表面积、增强表面活性、添加催化剂等,提高污染物降解速率，而对零价铁结构缺陷是否影响其降解污染物尚无报道，也无相应研究方法。本项目拟通过考察塑性变形零价铁在模拟水环境下结构及成分演变、腐蚀电化学行为、污染物降解速率及反应历程，研究塑性变形导致的结构无序化对零价铁降解污染物能力影响，揭示其微观作用机制。研究不同水环境及代表性污染物存在下塑性变形零价铁结构及成分演变；考察不同变形度零价铁腐蚀电化学行为；探索塑性变形对代表性污染物的还原降解效率及历程影响，建立适用于研究零价铁塑性变形对还原能力影响的方法及量化技术。研究为制备具备持续还原能力零价铁提供理论基础，也为零价铁带状切屑还原能力演变及使用寿命提供参考。

提高零价铁比表面积、酸洗提高其表面活性及双金属体系强化其还原性能是目前最常用的零价铁性能强化措施，而对于改变材料自身结构对其还原活性的影响目前缺乏研究。本研究系统考察了零价铁塑性变形对其宏观及微观材料结构、短期及长期反应活性、腐蚀电化学、污染物降解效率及产物分布的影响，建立了适用表征零价铁体相反应活性的方法及标准化测试方法。采用机械加工对零价铁进行塑性变形，制备不同变形度零价铁，研究了加工条件如不同加工介质、溶剂环境对零价铁宏观结构、外貌、变形速度和比表面积变化的影响；结果表明，采用塑性变形可实现零价铁渐进式变形，在微米尺度上材料表现出良好可塑性，比表面积可提高数十倍至数百倍；初期变形速率较快，后期变形速度较慢；塑性变形造成零价铁微观构织变化，出现明显晶粒纤维化趋势，且随变形度出现递进式变化——塑性变形度增大，晶粒纤维化愈加明显，同时晶界比例增大，紊乱度亦逐渐增加；研究了塑性变形零价铁腐蚀电化学行为，发现塑性变形后零价铁腐蚀电位发生不同程度负移，腐蚀电流增大，表明塑性变形显著改善其还原性能；通过筛选特征污染物，研究塑性变形对零价铁长期及短期还原性能的影响：发现塑性变形均显著提高材料长短期活性，原因在于塑性变形创造导致更多的体相结构无序及紊乱度，使得颗粒处于亚稳高能状态；通过筛选大量有机物，分析特征污染物降解产物及速率，发现塑性变形使降解产物出现明显差异；通过大量代表性特征污染物选取和测试，研究考察了不同还原机制污染物及其还原产物持续存在对零价铁成分及表面反馈机制及影响；通过特征污染物选取和反应条件优化，建立使用于考察零价铁体相反应活性的方法，可应用于零价铁材料标准化研究及评判。研究首次考察了塑性变形对零价铁还原性能影响，系统研究了塑性变形后，结构及微观组织演化、腐蚀电化学行为及污染物降解效率及历程的变化，揭示了零价铁塑性变形对其降解污染物能力影响，阐明微观组织无序化对还原能力影响及微观作用机制，建立了零价铁持续还原能力表征方法。研究为制备具备持续还原能力零价铁提供理论基础，也为理解带状切屑还原能力演变及使用寿命提供参考。研究采用第一标注发表SCI论文三篇，申请专利四项，授权专利两项，培养一名博士研究生，两名硕士和一名本科生。