一、研究背景
零价铁具有很强的还原性，可以快速去除地下水体和土壤中硝基芳香化合物、氯代芳烃和重金属离子等多种高毒、持久、易富集性污染物。与毫米级或微米级的零价铁相比，纳米零价铁具有更大的比表面积和更高的反应活性。但纳米零价铁颗粒具有一些难以忽视的缺点。第一，由于范德华引力和磁性吸引力，在应用中非常容易团聚成较大颗粒，从而丧失部分活性表面积；第二，纳米零价铁化学性质非常活泼，在空气中极易被氧化，化学稳定性差；第三，纳米零价铁颗粒尺寸较小，难以分离；第四，由于其强还原能力，纳米零价铁颗粒的表面总是被铁氧化物或羟基氧化物所构成的薄膜覆盖，从而导致其反应活性下降；第五，由于纳米零价铁粒径特别小，更加容易进入生物体内，并且难以被巨噬细胞清除，可能会导致更强的生物毒性。针对以上问题，其中有一种解决办法，就是将其负载于活性炭、树脂、沸石、高岭土等等载体上制得负载型纳米零价铁。此方法能使纳米零价铁更均匀地分布到载体上，抑制其团聚和氧化的发生，提高稳定性和生物安全性，并通过载体的协同吸附作用，增加与目标污染物的接触，进而使去除效率提高。陈亚、李益民、曹玉廷[1]将纳米零价铁负载于羟基铝柱撑膨润土(Al-PILC)上，并将nZVI/Al-PILC和nZVI分别用于合成废水中Pb(Ⅱ)的去除，考察了nZVI/Al-PILC和nZVI与Pb(II)反应过程中溶液pH、初始Pb(II)浓度对其去除率的影响。结果表明：在相同实验条件下，nZVI/Al-PILC对Pb(II)的去除率为91.8%，明显优于铁量相同的nZVI对Pb(II)的去除率(56.2%)，也远高于含铁量相同的nZVI和含土量相同的Al-PILC对Pb(II)去除率的加和(70.6%)，体现了吸附作用与还原反应之间良好的协同效应。nZVI/Al-PILC和nZVI对Pb(II)的反应均符合Langmuir-Hinshelwood动力学方程，且反应速率与nZVI/Al-PILC和nZVI对Pb(Ⅱ)的吸附性能呈正相关。nZVI/Al-PILC呈现出比nZVI更加优异的重复使用性。而本课题采用大孔阴离子树脂D201作为载体，不仅是因为其具有良好的机械强度和优异的水力学性能，并且表面带有的官能团可以提高污染物的吸附程度。
目前，对该类复合材料的研究多侧重于材料的制备以及去除污染物性能的评价等方面，或者对负载材料的基础性能的研究，但对复合材料机械性能的研究并不多见。复合材料的机械性能包括膨胀性、强度、磨损性等。因树脂在吸水后会膨胀，而该复合材料主要应用于水处理方面，所以这个对于使用时的用量以及所需设备的容积、抗压强度等都会产生影响。强度，即耐压强度，关系到使用时的水流速设置等问题，若压力过大使材料破坏，那么将纳米零价铁固载于树脂上的意义也将不复存在。任何材料在使用时都会受到磨损，可能是冲击磨损，可能是转移磨损，也可能是其他相关原因，磨损性影响着复合材料的使用量。另外，强度和磨损性也极大地影响该复合材料在应用时的使用寿命。刘清和雷泽勇[2]设计加工了１套试验装置（互联双塔）来研究树脂在输送过程中的磨损问题。他们认为树脂在２个塔之间转移时受到的磨损主要是由树脂间的碰撞、树脂与管壁的摩擦以及树脂与水之间的摩擦引起的，所以影响树脂磨损的３个因素是连接管直径、水流量、水的冲击作用。考察树脂在转移过程中管道直径及水流量与树脂磨损的关系，树脂转移１００次后测量其磨损量及磨损率，分析影响树脂磨损的因素，认为：树脂在输送过程中，当管径很大时（如phi;１００ｍｍ），其内含空气，对树脂转移产生干扰，增大了树脂磨损量；当管径小时含空气量较小，在相同水流量下，管径越小，树脂在连接管中就越密集，树脂相互之间摩擦更剧烈，树脂与管壁的接触更频繁，磨损就越严重。在相同的连接管径下，流体流量越大，流速就越大，树脂与连接管管壁碰撞越剧烈，磨损也就越严重。因此，研究复合材料的机械性能是具有非常大的实际意义。
二、研究意义
对于该种复合材料，前人对其的化学性质研究得已经比较透彻，并且其对于某种污染物的去除包括其去除条件、影响因子、去除机理等也研究的较为详细，但对于该复合材料的机械性能研究较少。机械性能包括耐热性、强度、耐磨损性、膨胀率等，这些直接或间接地决定了在实际应用时复合材料的使用量、使用寿命等。本课题将通过对实验条件的调控来评价该复合材料的机械性能。在应用中，通过将化学性能和机械性能综合考虑，有利于在使用时更好地应用该复合材料。
三、拟研究或解决的问题
本课题以大孔阴离子树脂D201为载体制备纳米零价铁复合材料，研究零价铁的不同空间分布、不同含量的复合树脂的机械性能。主要研究指标包括：在水中的溶胀性能；湿态耐压强度；干态耐压强度；耐渗透冲击和磨损的能力。
四、研究手段
通过查阅文献，因本实验所测定的是总铁含量，所以采用邻菲罗啉比色法测定复合材料的铁含量。将复合材料加入酸中震荡，取溶液稀释。首先加入盐酸羟胺将Fe3 还原为Fe2 ；再加入邻菲罗啉溶液与Fe2 形成络合物，完成显色反应；再加入乙酸钠缓冲液；最后使用725型紫外可见分光光度计在510nm下测定其吸光度，结合标曲计算出复合材料的铁含量。
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