天津市水资源与水环境重点实验室柳听义课题组在Journal of Water Process Engineering发表论文“Ultrasound enhances the removal of V⁵⁺ in wastewater by ball-milledzero-valent iron: Effects and mechanisms”，这项工作揭示了超声增强球磨零价铁的影响机制，探究了在超声作用下，球磨零价铁去除水体钒的作用机理以及可重复利用性能。

传统的水浴振荡体系易使球磨零价铁发生钝化现象，导致使用寿命有限。而超声技术已证实能够有效去除铁表面的腐蚀产物、沉积物和其他杂质，在环境工程领域的研究与应用取得了长足的进展。本项工作在机械活化零价铁的基础上，重点研究了超声增强球磨零价铁的增强机制以及去除水体钒的作用机理。结果表明，超声显著增强了球磨零价铁活性物质·H自由基和Fe²⁺的生成（如图1所示）。此外，Fe²⁺在去除反应中占据重要作用，贡献率高达93.73%。超声技术作为一种先进的水处理方法与传统的环境污染物处理技术相比，具有显著的优势。

图1 球磨铁和超声球磨铁的EPR表征(a)；超声/水浴条件下Fe²⁺含量的变化(b);淬灭实验(c)；亚铁浓度变化与钒去除率(d).

在实验表征数据的支撑下，研究得出超声-球磨零价铁去除水体钒的三阶段：第一阶段，在超声波的作用下，V⁵⁺在反应的前10 min内，即pH < 4时,通过还原作用迅速还原到其较低的氧化态。第二阶段，pH> 4时，体系内电荷性质的变化，静电吸附作用逐渐参与到反应当中去。第三阶段，以Fe³⁺离子浓度快速下降为标志，通过铁氧化物与钒氧化物的络合共沉淀作用固定去除剩余钒离子（如图2所示）。同时，球磨零价铁材料在超声作用下，具有良好的可重复利用性，五次循环利用去除效率依然高于99%，得益于球磨零价铁材料逐步展现出的强大吸附能力。然而，仍需要进一步探究在实际工业含钒废水处理当中，超声-球磨零价铁的去除性能与工艺成本等问题。

图2 超声-球磨零价铁去除水体钒的作用机理

天津市水资源与水环境重点实验室柳听义研究员是该文的通讯作者，指导的硕士研究生刘霄为该文第一作者。该研究工作受到天津市自然科学基金(18JCYBJC96600)和横向项目(53H23082)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105441