快速的工业化导致含铬（Cr）污染物广泛释放到水环境中，其中六价铬（Cr(VI)被认为是危害最大的污染物之一[1]，[2]。Cr(VI)具有高毒性、致癌性，并且由于其高溶解度而容易迁移，能够在地下水中长距离传播。接触Cr(VI)对生态系统和人类健康构成严重威胁，包括DNA损伤、器官衰竭和癌症发病率增加[3]，[4]。鉴于其强烈的致癌性和对生物体的高毒性，美国环境保护署（US EPA）将铬列为A类人类致癌物[5]。世界卫生组织（WHO）规定饮用水中总铬的限值为0.05 mg L−1（50 μg L−1），主要是出于对Cr(VI)高毒性的担忧。因此，Cr(VI)污染对饮用水安全构成了严重威胁，需要有效的和可持续的修复策略[6]，[7]。传统的Cr(VI)修复方法，如吸附、化学沉淀和离子交换已被广泛使用，但存在固有的局限性[8]，[9]，[10]。这些方法通常操作成本高，会产生二次废物，并且在地下水系统的异质性和动态条件下效率有限。
因此，原位修复技术，包括渗透性反应屏障和基于注入的处理方法[10]，[11]，[12]，越来越受到关注，以解决深度和持久的Cr(VI)污染问题。在可用的反应材料中，纳米零价铁（nZVI）因其高表面积、强还原能力和将Cr(VI)转化为毒性较低且迁移性较低的Cr(III)的能力而成为有前景的候选材料[2]，[13]，[14]，[15]。然而，nZVI的实际应用受到快速氧化和表面钝化的限制，以及颗粒聚集问题，这些因素严重限制了其在地下环境中的迁移能力和反应寿命。因此，对nZVI进行结构和界面改性对于克服这些限制至关重要。通过在nZVI表面引入硫物种实现硫化，已被证明可以有效抑制氧化钝化并增强电子转移[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。硫化铁（FeS₃）层的形成提高了电导率，并减少了与水和溶解氧的副反应，从而提高了Cr(VI)的还原效率。同时，基于碳的改性剂[15]，[21]，[22]，[23]，[24]，[25]，包括羧甲基纤维素（CMC）、石墨烯（Ge）和碳量子点（CQDs），通过空间位阻和静电排斥作用稳定了nZVI颗粒。这些碳材料改善了分散性和迁移性，同时促进了污染物的吸附和界面电子传输。
尽管取得了这些进展，但硫化作用和碳掺杂主要作为独立的改性策略进行研究。碳-硫复合改性对nZVI结构、反应性和地下迁移影响的耦合效应尚未得到充分理解。特别是，不同碳材料（CMC、Ge和CQDs）与硫化结合的系统比较尚缺乏。此外，大多数现有研究依赖于批次实验，这些实验对颗粒迁移、老化行为和在代表真实含水层的流动条件下的长期性能提供的洞察有限。为了解决这些知识空白，本研究合成了三种碳/硫复合改性的nZVI材料——CMC@S-nZVI、Ge@S-nZVI和CQD@S-nZVI——用于Cr(VI)修复。研究目的包括：(i)阐明不同的碳-硫改性如何调节nZVI的结构和界面性质；(ii)比较沉降行为和Cr(VI)还原反应性；(iii)评估在柱系统中的抗老化性、迁移能力和修复性能；(iv)确定控制Cr(VI)还原和稳定的主导机制。这项工作为碳-硫共改性的nZVI提供了机制上的见解和设计原则，推动了其在可持续原位地下水修复中的应用。
