近年来，水体硝酸盐污染日趋严重，硝酸根(NO3-)正逐渐成为地表及地下水中较普遍的污染因子，其污染防治也成为水污染控制与修复领域的热点问题。如何有效修复水体硝酸盐污染，发展绿色高效的硝酸盐还原技术，一直是该领域的研究重点。其中，纳米零价铁由于还原性能好，比表面积大，可渗透性强，环境友好等优点，使其在该领域展现出良好的应用前景。如何提升铁基纳米材料在化学还原NO3-脱氮技术中的还原效率/电子利用效率及其还原产物中N2的选择性是该技术目前的难点。
　　本文通过液相还原法制备纳米零价铁材料，并通过表面置换对其进行修饰，获得Pd/Fe双金属材料。分别评价了两种体系在硝酸盐还原反应中的使用效果，考察了材料投加量、水体初始pH、初始NO3-浓度、不同Pd负载量等条件对还原效率及产物选择性的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)等对纳米材料的表观形貌、尺寸、表面结构以及化学组成等进行的一系列表征分析，结合产物分析结果及第一性原理计算(DFT)结果，对铁基纳米材料硝酸盐污染降解机制进行了探究：
　　(1)本实验合成的纳米零价铁材料对水体中的硝酸盐污染还原去除展示出了显著的效果，针对浓度为20ppm的硝酸盐氮(NO3--N)在3小时内可实现完全去除，但其产物N2选择性仅20.5%。通过DFT计算模拟NO*(反应重要中间物种)在Fe表面的演化路径证实，N2的形成可能存在三个反应路径，但相较于形成NH3而言，均存在较高的反应能垒，在H*较为丰富的环境中，纳米零价铁材料的还原产物往往以NH3为主。本实验还证实在一定的pH范围内纳米零价铁材料对污染水体中的NO3-均能保持较好的去除效果，产物N2选择性随着pH的增加呈现火山型的变化趋势。在pH为8.0时，N2选择性最高可达25.4%，pH5.0和9.0时，选择性下降到9.1%和16.7%。不同初始浓度的硝酸盐和不同纳米零价铁投加量对硝酸盐的去除展现出基本一致的影响规律，随着Fe/N比的增加而显著提高，而N2的选择性则随着Fe/N比增加而降低。总体而言，通过环境条件调控纳米零价铁材料硝酸根还原产物的办法，由于过程较复杂，影响因素多，难以实现高效单向的调节。
　　(2)经过表面Pd组分修饰后，Pd/Fe双金属纳米材料在保证硝酸盐较高去除效率的同时，还显著提升了产物向N2的转化率。通过对表面Pd负载量的研究发现，Pd与Fe最佳的质量分数比在12-18%之间，在确保3小时反应时间内90%以上的硝酸盐去除率的同时，将N2选择性提高到44%。相较而言，使用Cu作为第二组分，形成的Cu/Fe体系则难以达到提升选择性的效果。DFT计算对比了Cu、Pd和Fe表面上NO*、N*、N2O*、NH2*几种关键中间产物及活性H*的吸附能，发现三种金属表面的吸附强度排序为Fe＞Pd＞Cu。根据计算和实验结果推测，第二组分在Fe表面的调节作用主要在于调控其对表面氮物种和H*的吸附强度，对氮物种过强的吸附和对H*过弱的吸附都将制约产物向N2的转化，因此Pd表面较为适中的吸附强度则有利于提高N2选择性。通过对NO*在Pd表面的演化路径模拟计算结果进一步证实，Pd有利于降低该还原反应向N2的反应能垒，从而获得更理想的产物N2选择性结果。