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纳米铁还原脱氮动力学及其影响因素 总被引：3，自引：1，他引：2
饮用水中硝酸盐(NO3-)对人体健康有危害。为了去除水溶液中NO3-,在实验室制得纳米铁颗粒。它的粒径为20～40 nm,比表面积(BET)为49.16 m2/g。本研究通过批实验考察了纳米铁对NO3-还原脱氮动力学性质和影响NO3-脱氮快慢的主要因素,如反应pH、纳米铁投加量和NO3-起始浓度。实验结果表明,pH越低越有利于NO 3-还原。在一定范围内,NO 3-还原速率随纳米铁投加量增加而增大,而随NO 3-起始浓度升高而降低,反应遵循准一级反应动力学方程,表面吸附和氧化还原反应是纳米铁对NO3-脱氮的主要去除机理。纳米铁对NO3-还原过程中可能反应的途径进行了讨论,NO3-还原产物取决于反应条件。在本研究条件下,纳米铁对NO3-脱氮的最终产物主要为NH4+-N而不是N2,必须进行更多的研究来解决这一问题。 相似文献
2.
氯代烃是地下水中最常检出的有机污染物之一,传统的处理方法需要很长时间与经费。近年来随着铁还原技术的发展,纳米铁和纳米双金属也是一个活跃的研究领域。本文利用批实验的研究方法以四氯乙烯(PCE)为目标污染物,研究纳米镍/铁在去除PCE过程中的影响因素。实验结果表明,暴露后的纳米Ni/Fe脱氯速率比不暴露时速率降低约4倍;反应温度是影响反应速率的一个重要因素之一,每升高10℃,反应速率常数kSA提高2~3倍;在一定范围内,Ni/Fe质量比越高,越利于脱氯反应的快速进行,当Ni/Fe的质量百分比为8%左右时,对氯代烃脱氯速率最快;反应液中的溶解… 相似文献
3.
氯代烃的污染治理已成为当今世界最热门的研究领域之一。以水体中最常见的氯代烃污染物1,1-二氯乙烯（1,1-DCE）、林丹（γ-HCH）为主要目标污染物,探讨了不同条件下负载型纳米Pd/Fe对氯代烃的去除效果。负载型纳米Pd/Fe采用浸渍→液相还原→还原沉淀的方法制备,透射电镜显示采用该方法制备的负载型金属钯和铁的平均粒径均在纳米级范围内。负载型纳米Pd/Fe具有较高的表面反应活性,当负载型纳米Pd/Fe 用量为40 g/L、反应时间达2 h时,1.1-二氯乙烯和林丹的去除率分别达到85%和100%。脱氯率与Pd/Fe投加量、钯含量、初始pH值、反应温度等因素有关,与溶液的初始浓度关系不大。负载型纳米Pd/Fe对11-DCE和γ-HCH去除均符合一级反应动力学方程,速率常数分别为0-528 3 h-1及2-012 9 h-1,反应的半衰期t1/2分别为1.31 h和0.34 h。推断在反应过程中,Fe腐蚀产生的H2为主要还原剂,Pd是良好的加氢催化剂,在金属颗粒表面形成高浓度反应相,使反应短时间内完成。 相似文献
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选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌
Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的
黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产
生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning
electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁
还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的
Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+
还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不
含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为
0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与
黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原,
微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens
CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁
矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培
养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入
理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据. 相似文献
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《矿物学报》2013,(3)
本文实验研究了希瓦氏奥奈达菌株(Shewanella oneidensis MR-1,以下简称MR-1)在pH为中性的厌氧条件下还原针铁矿的过程,探讨了MR-1菌异化还原针铁矿的动力学特征。采用邻菲罗啉分光光度法检测了反应前后溶液中铁含量的变化,利用扫描电子显微镜、粉晶X射线衍射和激光拉曼光谱分析了针铁矿及其还原产物的形貌特征和物相组成。结果表明,针铁矿在厌氧条件下可被MR-1还原,生成磁铁矿、菱铁矿等次生矿物。本文认为针铁矿的微生物异化还原过程以直接接触机制为主,同时存在间接还原机制;溶液中的Fe2+与CO32-、SO42-等沉淀生成菱铁矿等次生产物,同时部分Fe2+、Fe3+离子可吸附于矿物表面,甚至能引起矿物相的转化,两者共同构成了针铁矿的次生分解路径。 相似文献
6.
地下水中三氯乙烯(TCE)严重威胁公众健康和环境安全,纳米零价铁原位注射技术可以还原降解TCE,但是应用中,纳米零价铁存在易氧化团聚而失活、迁移性差等问题。为此,利用天然高分子壳聚糖作包覆剂增强分散性和稳定性,镍作催化剂增强反应活性,成功制备获得壳聚糖包覆纳米铁镍双金属颗粒(CS Fe Ni)。沉降光谱实验表明包覆壳聚糖后纳米铁的分散稳定性得到增强,Zeta电位测试进一步证实颗粒表面负电荷增加,提高了静电排斥力,使得CS Fe Ni分散稳定性明显改善。柱迁移实验表明改性后的CS Fe Ni迁移能力得到提高。批实验表明CS Fe Ni能够高效降解TCE并能完全脱氯,研究结果为纳米铁原位注射技术的实际应用提供了理论基础和实验参考。 相似文献
7.
《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
酸性矿山排水一直是难以处理的矿山环境问题之一。课题组前期研究表明,硫酸盐矿物和铁氧化物矿物能够促进垃圾渗滤液中有机物的降解。而硫铁矿的酸性矿山排水中既含有大量的硫酸盐也还有较高浓度的铁离子,因此,我们进一步研究了将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧处理的效果,并通过小瓶实验优化得到在m(COD)/m(SO2-4)为3的配比下,将酸性矿山排水与垃圾渗滤液进行混合调节后处理,调节废水中的COD、硫酸根以及其他金属离子都可以得到较好的去除效果。因此,本文采用工作体积为4 L的连续运行反应器,长期考察将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧消化的效果。在连续运行实验中,参照小瓶实验结果,按照m(COD)/m(SO2-4)为3的配比,将酸性矿山排水与垃圾渗滤液混合,之后用NaO H溶液调节混合液的p H,得到p H为7.5左右的调节废水,调节废水中COD、硫酸盐浓度分别约为7 500 mg/L和2 500 mg/L。将调节废水加入反应器,鼓氩气,不接种其他微生物,维持厌氧运行,水力停留时间和温度分别为20 d和35℃。厌氧反应器稳定运行一年后,反应器出水中的COD和硫酸盐浓度分别约为800 mg/L和500 mg/L,调节废水中COD和硫酸根的去除率分别达到90%和80%,Fe、Mn、Ca、Zn等重金属离子的去除率均在80%~90%。微生物群落分析的结果表明,种群上占优势的微生物主要有硫酸盐还原菌、产酸菌、产甲烷菌与铁还原菌等厌氧微生物。硫酸盐还原菌是能够适应苛刻环境的微生物,在厌氧条件下,硫酸盐还原菌利用混合废水中的有机质还原硫酸盐生成单质硫和S2-,而生成的S2-可以用于还原三价铁离子,并同时与调节废水中的重金属离子生成金属硫化物沉淀,从而实现单质硫、硫离子和重金属离子的去除,亦解除了游离的S2-对微生物的毒性作用。此外,铁还原菌也能够将三价铁还原成Fe2+,Fe2+能提高硫酸盐还原菌、产酸菌等厌氧微生物的活性。本文的研究结果表明,将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧消化,能够同时高效处理两种废水,达到以废治废目的,具有一定的实际应用价值。另一方面,由于垃圾渗滤液的可生化性较差,而本实验中调节废水的COD去除率高达90%,这说明垃圾渗滤液中的一些难降解物质也被分解转化,因此,酸性矿山排水与垃圾渗滤液混合厌氧消化过程中涉及的具体机制还需要进一步进行深入的研究。 相似文献
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覆膜态Fe（OH）3在厌氧条件下生物降解苯和甲苯的初探 总被引：2，自引：0，他引：2
天然条件下氯代烃的污染经常会与石油烃的污染共存,对于这种混合污染羽的治理,第一步采用粒状铁还原氯代烃,后续利用微生物和第一步产生的副产物生物降解石油烃。苯系物是石油烃中毒性较大、存留时间较长的污染物,本文利用批实验的方法研究了厌氧条件下用Fe(OH)3覆膜于石英砂表面的Fe(Ⅲ)作为电子受体降解苯和甲苯。结果表明,Fe(Ⅲ)作为电子受体时苯和甲苯能够发生厌氧生物降解,经过驯化后苯和甲苯的降解速度明显加快。降解实验表明甲苯的降解速度比苯的降解速度快,苯降解的半衰期是4.02d,甲苯降解的半衰期是3.81d。 相似文献
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微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通过室内厌氧模拟培养实验,查明其砷、铁还原能力,并通过分别与铁氧化物矿物及原位沉积物共同培养,探究原位含水层微生物参与的砷释放机理.结果表明:四株细菌均具有厌氧条件下砷、铁还原功能,Citrobacter sp.JH-1砷还原能力最强,96 h内还原的As(Ⅴ)浓度为2.22 μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不仅可在厌氧和有氧条件下还原溶液中的As(Ⅴ),还可在厌氧条件下还原溶液中的Fe(Ⅲ)和无定型的水铁矿,在与含水层沉积物共培养12 d后,沉积物中铁与砷的释放量分别为510 mg/kg及1 150 μg/kg.江汉平原含水层中的原位微生物兼具砷/铁还原功能,在厌氧条件下可还原沉积物中的铁氧化物矿物并促进砷的释放,为深入揭示高砷地下水成因机理与地下水砷污染的防控提供重要科学依据. 相似文献
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纳米镍／铁对四氯乙烯快速脱氯试验 总被引：5，自引：0，他引：5
实验室合成的纳米Ni/Fe(粒径20~60nm,比表面积为52. 61m2 /g),在固液比相对较低条件下(5. 4g/L),对四氯乙烯(PCE)能够快速并完全脱氯,在6h时,脱氯率为99. 70%,反应符合准一级反应动力学方程,标准化反应速率常数kSA为3. 04mL·m-2·h-1。反应过程中水样未检测到其他的氯代中间产物或最终产物,无毒的烃类乙烷(C2H6 )是主要产物,约占加入时PCE总碳质量的94% ~110%。试验结果说明加氢催化剂Ni的存在,通过原电池腐蚀作用提高了脱氯速率并同时增加了良性产物的产量(如CH )。 相似文献
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采用液相还原法成功制备纳米零价铁,并组装出生物质炭负载纳米零价铁复合材料(NZVI/BC)。XRD图谱显示,NZVI/BC由生物质炭(BC)和纳米零价铁(NZVI)两种成分复合而成;SEM图像显示,加入生物质炭之后,NZVI颗粒在炭表面分散良好。研究考察溶液p H值、还原剂投加量、铁/炭比和NO-3初始浓度等因素对NZVI/BC还原性能的影响。结果表明,NZVI/BC显示出优良的还原性能。在相同条件下,反应2 h,NZVI对NO-3的去除率为75%,而NZVI/BC对NO-3的去除率为96%。NZVI/BC是一种具有应用前景的硝态氮净化材料。 相似文献
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David M. Cwiertny Robert M. Handler Vicki H. Grassian 《Geochimica et cosmochimica acta》2008,72(5):1365-1380
The Fe(II)/Fe(III) redox couple plays an important role in both the subsurface fate and transport of groundwater pollutants and the global cycling of carbon and nitrogen in iron-limited marine environments. Iron oxide particles involved in these redox processes exhibit broad size distributions, and the recent demonstrations of dramatic nanoscale size-effects with various metal oxides has compelled us, as well as many others, to consider whether the rate and extent of Fe(II)/Fe(III) cycling depends upon oxide particle size in natural systems. Here, we investigated the reaction of Fe(II) with three different goethite particle sizes in pH 7.5 suspensions. Acicular goethite rods with primary particle dimensions ranging from 7 by 80 nm to 25 by 670 nm were studied. Similar behavior with respect to Fe(II) sorption, electron transfer and nitrobenzene reduction was observed on a mass-normalized basis despite almost a threefold difference in goethite specific surface areas. Scanning electron microscopy (SEM) images, dynamic light scattering (DLS) and sedimentation measurements all indicated that, at pH 7.5, significant aggregation occurred with all three sizes of goethite particles. SEM images further revealed that nanoscale particles formed dense aggregates on the order of several microns in diameter. The clear formation of particle aggregates in solution raises questions regarding the use of primary particle surface area as a basis for assessing nanoscale size-effects in iron oxide suspensions at circum-neutral pH values. In our case, normalizing the Fe(II) sorption densities and rate constants for nitrobenzene reduction by BET surface area implies that goethite nanoparticles are less reactive than larger particles. We suspect, however, that aggregation is responsible for this observed size-dependence, and argue that BET values should not be used to assess differences in surface site density or intrinsic surface reactivity in aggregated particle suspensions. In order to realistically assess nanoscale size-effects in environmentally relevant systems that are likely to aggregate, new methods are needed to quantify the amount of surface area accessible for sorption and reaction in wet nanoparticle suspensions, rather than assuming that this value is equivalent to the surface area determined from the characterization of dry nanoparticles. 相似文献
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纳米铁去除饮用水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ) 总被引：3，自引：1，他引：2
在好氧水体中,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)更易迁移,而且在水处理过程中去除效率更低。在实验室合成制得BET比表面积为49.16 m2/g,直径范围为20~40 nm的纳米铁。通过批试验考察纳米铁对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除能力及其反应动力学情况。结果表明,在pH为7,温度20℃时纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ),在60 m in内,0.25 g纳米铁对起始浓度为968.6μg/L As(Ⅲ)和828.9μg/L As(Ⅴ)的去除率大于99.5%。反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)比表面积速率常数kSA分别为1.30 mL/(m2.m in)和1.64 mL/(m2.m in)。由实验结果可知,具有高反应活性的纳米铁是用于含砷饮用水处理非常有效的吸附材料。 相似文献
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实验室合成制得的纳米铁BET比表面积为49.16 m2/g, 直径范围为20~40 nm.通过批实验考察纳米铁对As(Ⅲ)吸附动力学情况.结果表明, 在20℃、pH为7时, 纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ), 在60 min内, 0.1 g纳米铁对起始浓度为910 μg/L溶液As(Ⅲ)去除率大于99%.反应遵循准一级反应动力学方程, 标准化后的As(Ⅲ)速率常数kSA为2.6 mL/(m2·min).纳米铁对As(Ⅲ)的吸附等温曲线能够很好地满足Langmuir和Freundlich方程, 相关系数R2＞0.95, 由Langmuir模型获得单层纳米铁的最大吸附量为76.3 mg/g.0.1 mol/L NaOH对吸附在纳米零价铁(NZVI)的As(Ⅲ)解吸率为21%.在竞争阴离子中, SiO32-和H2PO4-对As(Ⅲ)的去除有明显阻碍作用, 而其他离子基本上没有影响.纳米铁对As(Ⅲ)的去除机理主要是吸附和共沉淀. 相似文献
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The pollution of soil and groundwater by halogenated organic compounds (HOCs) is more and more severe. HOCs are of strong toxicity and difficult to be biodegraded. Due to its unique advantages, nanoscale zerovalent iron (NZVI) has become a hot research topic in the field of in situ remediation around the world. In this paper, basic reaction theories and kinetics of HOCs degradation by NZVI are briefly summarized. The influence factors on the in situ remediation of HOCs by NZVI are comprehensively discussed. The influence factors include the intrinsic properties of NZVI due to its different preparation and modification methods, and environment factors, such as pH, dissolved oxygen, ionic species, metals, nonreactive hydrophobic and natural organic compounds, concentrations and components of HOCs, microorganisms and subsurface heterogeneity. The effects of all these factors on NZVI stability, deliverability, targeting ability, and reactivity during in situ remediation are emphasized. Finally, the practical application of this technology are summarized and prospected. 相似文献
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Nanoscale zero-valent iron flakes for groundwater treatment 总被引：1，自引：0，他引：1
R. Köber H. Hollert G. Hornbruch M. Jekel A. Kamptner N. Klaas H. Maes K.-M. Mangold E. Martac A. Matheis H. Paar A. Schäffer H. Schell A. Schiwy K. R. Schmidt T. J. Strutz S. Thümmler A. Tiehm J. Braun 《Environmental Earth Sciences》2014,72(9):3339-3352
Even today the remediation of organic contaminant source zones poses significant technical and economic challenges. Nanoscale zero-valent iron (NZVI) injections have proved to be a promising approach especially for source zone treatment. We present the development and the characterization of a new kind of NZVI with several advantages on the basis of laboratory experiments, model simulations and a field test. The developed NZVI particles are manufactured by milling, consist of 85 % Fe(0) and exhibit a flake-like shape with a thickness of <100 nm. The mass normalized perchloroethylene (PCE) dechlorination rate constant was 4.1 × 10?3 L/g h compared to 4.0 × 10?4 L/g h for a commercially available reference product. A transport distance of at least 190 cm in quartz sand with a grain size of 0.2–0.8 mm and Fe(0) concentrations between 6 and 160 g/kg (sand) were achieved without significant indications of clogging. The particles showed only a low acute toxicity and had no longterm inhibitory effects on dechlorinating microorganisms. During a field test 280 kg of the iron flakes was injected to a depth of 10–12 m into quaternary sand layers with hydraulic conductivities ranging between 10?4 and 10?5 m/s. Fe(0) concentrations of 1 g/kg (sand) or more [up to 100 g/kg (sand)] were achieved in 80 % of the targeted area. The iron flakes have so far remained reactive for more than 1 year and caused a PCE concentration decrease from 20.000–30.000 to 100–200 µg/L. Integration of particle transport processes into the OpenGeoSys model code proved suitable for site-specific 3D prediction and optimization of iron flake injections. 相似文献
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膨润土负载纳米铁去除地下水中六价铬研究 总被引：4，自引：1，他引：3
随着人民生活水平的提高和城市化进程的加快,有机污染物及重金属高强度场地污染对人类健康、生态环境及社会安全构成了严重威胁。地下水中的重金属Cr(Ⅵ)污染逐渐受到重视,纳米零价铁可以有效地将六价铬还原成三价铬,使其沉淀固定下来,从而将污染源区的污染物消减固定,防止其向周围扩散。然而由于纳米铁颗粒微小,易被氧化,极易团聚,自身活性受到限制,因此,纳米铁的分散性、稳定性、良好活性研究至关重要。采用低成本环境友好型粘土矿膨润土作为负载材料制备膨润土负载纳米铁（B-NZVI）,批实验和柱实验研究B NZVI去除模拟地下水中Cr(Ⅵ)。结果表明：(1)自制的膨润土负载纳米铁个体呈球形,呈分散状负载于膨润土;(2)相同铁含量的B-NZVI处理Cr(Ⅵ)的效率远大于纳米铁,还原反应符合伪一级反应动力学模型,表观速率常数K随着B NZVI初始浓度的减小而减小;(3)B NZVI在石英砂柱中基本无迁移,适用于点源污染,Cr(Ⅵ)穿透曲线为B-NZVI的实际应用提供了理论和实验基础。 相似文献
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Assessing the effectiveness of nanoscale zero-valent iron particles produced by green tea for Cr(VI)-contaminated groundwater remediation 
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下载免费PDF全文 Nanoscale zero-valent iron particles (NZVI) produced by using green tea (GT) extract as a reductant can remove Cr(VI) from water effectively, which can be utilized in groundwater remediation. In order to define the reaction mechanism and removal effect in the aquifer, in this study, GT-NZVI particles were prepared and measured by some characterization methods to define their surface performance, and then batch and one-dimensional experiments were carried out to reveal the reaction properties of GT-NZVI and Cr(VI) in groundwater. The results showed that the prepared GT-NZVI particles were regular spherical with a diameter of 10–20 nm, which could disperse in water stably. The main component of GT-NZVI was α-Fe with superficial polyphenols as a stabilizer. GT-NZVI suspension had good ability to reduce the Cr(VI) to Cr(III) in water. When the concentration of GT-NZVI was 1 g/L, the removal efficiency of Cr(VI) with an initial concentration of 100 mg/L reached 92.8% in 1 h reaction. In column tests, GT-NZVI passed through the natural sand column successfully with an average outflow percentage of 71.2%. The simulated in-situ reaction zone (IRZ) with GT-NZVI was used to remediate Cr(VI) contaminated groundwater. The outflow concentration of Cr(VI) kept in 0.14–0.32 mg/L corresponding to the outflow rate below 0.32% within 15 days, and the removal efficiency of Cr(VI) by IRZ with GT-NZVI decreased with the increase of aquifer medium particle size, groundwater flow rate and ionic strength. Most of Cr(III) as reduzate was adsorbed or immobilized on the surface or in the lattice of GT-NZVI, which indicated effective immobilization for chromium. 相似文献