2025, Vol. 62
2. 国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室, 南京 210042;
3. 中国科学院南京土壤研究所, 南京 211135
2. Key Laboratory of Pesticide Environmental Assessment and Pollution Control, MEE, Nanjing 210042, China;
3. Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 211135, China
纳米零价铁（Nanoscale zero valent iron，nZVI）因其能够快速去除多类型污染物[1]而在环境修复领域受到关注。然而，普通nZVI易于氧化团聚失去反应活性[2]的特性限制了其在实际修复中的大规模应用。为解决该问题，学者们在材料改性领域进行了大量研究，开发了多种nZVI改性方法[3-5]，包括负载改性、多金属体系改性、表面修饰改性等；并对改性纳米零价铁（Modified nanoscale zero valent iron，M-nZVI）的合成方式[6-7]、污染物降解影响因素与机理[8]，以及环境修复应用[9-11]等开展了研究。文献报道，一步式合成的膨润土负载纳米铁钯双金属较两步式合成更为便捷，且一步式合成材料表现出更好的污染物降解效能，在10 min内对初始浓度为100 mg∙L–1的甲基橙降解率超过90%[12]；nZVI接枝纳米管状伊毛缟石对汞（Hg2+）和铅（Pb2+）污染水具有较大的应用潜力，在混合污染状态下，对Hg2+和Pb2+的最大吸附量分别达到61.6 mg∙g–1和76.9 mg∙g–1[13]。多功能性材料nZVI-Mg（OH）2颗粒，在Mg（OH）2涂层的保护下，Fe0能够在较宽的pH（3.0~9.0）和温度（15~55℃）范围内保持长期反应活性，并且该胶囊化颗粒不易被氧化，置于非密闭环境30 d后，对水溶液中铬（Cr6+）的去除率仍能达到90%以上[14]。此外，也不乏一些综述类文章，侧重于某个方面的针对性分析，比如聚焦nZVI合成技术[15]、硫化纳米零价铁在水处理和修复中的应用[16]、nZVI性能和毒性评估[17-18]、稳定化nZVI颗粒在土壤和地下水修复中的应用[19]等，借助文献计量学手段对M-nZVI领域发展历程、现状和趋势进行综合性分析的较少。
文献计量学是有效评估某一领域研究主题，反映研究热点动态变化的统计学方法，在科学与工程领域多有应用[20]。本文基于Web of Science核心合集数据库（Web of Science Core Collection data，WoSCC），借助于文献计量学手段，分析研究（1）M-nZVI领域的发文数量，（2）主要国家、机构和作者之间的科学合作网络关系，（3）重要文献、关键词聚类及其变化趋势等内容，阐明了该领域研究工作的发展历程、当前研究现状及未来研究趋势，以期为该领域研究工作开展提供重要参考。
1 材料与方法 1.1 数据来源数据来源于WoSCC，检索主题词设置如图 1所示。文献检索期限设定为1985年1月1日至2024年3月31日，所有文献均于2024年4月5日进行检索，检索时将涉及“physics”，“biophysics”，“instruments instrumentation”，“research experimental medicine”，“acoustics”，“construction building technology”，“oncology”，“mathematics”，“neurosciences neurology”，“cardiovascular system cardiology”，“endocrinology metabolism”，“imaging science photographic technology”，“telecommunications”，“anatomy morphology”，“evolutionary biology”，“fisheries”，“genetics heredity”，“hematology”，“infectious diseases”，“mathematical methods in social sciences”，“pharmacology pharmacy”，“life sciences biomedicine other topics”，“acoustics”，“life sciences biomedicine other topics”，“radiology nuclear medicine medical imaging”，“radiology nuclear medicine medical imaging”，“computer science”，“astronomy astrophysics”，“cell biology”，“nutrition dietetics”，“oceanography”，“physical geography”，“veterinary sciences”，and “virology”领域的文献剔除，检索文献限定为英文文献，并且剔除综述类、同行评述类、著作章节类、稿件撤回类文献。在使用CiteSpace 6.2.R4进行文献除重后，共获得6 381篇研究文献。
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图 1 文献检索主题词 Fig. 1 The subject search term for literature search |
基于WoSCC数据库，借助于CiteSpace 6.2.R4与VOSviewer 1.6.16两种可视化软件，对1994年1月至2024年3月期间M-nZVI领域的发文数量，主要国家、机构和作者之间的科学合作网络关系，重要文献、关键词聚类及其变化趋势等内容进行了深入研究。在利用CiteSpace 6.2.R4与VOSviewer 1.6.16两种可视化软件进行分析的过程中，时间切片设置为1年。关键词突现分析过程中时间段设置为2014年1月—2023年12月，连续突现时间为3年；关键词聚类分析时间段设置为2014年1月—2024年3月，其余可视化分析时间段设置均为1994年1月—2024年3月。分析过程中进行同义词合并，将"catalysts"合并为"catalyst"，"chromium（ⅵ）"合并为"cr（ⅵ）removal"，"hexavalent chromium"和"chromium（ⅵ）"合并为"cr（ⅵ）"，"nitrate reduction"和"nitrate removal"合并为"nitrate"，"tce dechlorination"和"tce"合并为"trichloroethylene"，"aqueous solution"合并为"aqueous solutions"。此外，对于一些无意义的关键词，包括“nzvi，particles，zerovalent iron，nanoparticles，zero valent iron，nanoscale zerovalent iron，nanoscale zero-valent iron，iron，zero-valent iron，composite，nano zero-valent iron，iron oxide nanoparticles，fe，composites，nanoscale，nanomaterials，nanoscale zero valent iron，nanoscale zero-valent iron particles，nanocomposites”作剔除处理。
2 结果与讨论 2.1 M-nZVI领域研究工作发展历程文献发表数量能够反映某一领域研究工作的发展水平和学者们对该领域的关注程度，文献共被引分析能够得到某一时期具有关键作用和意义的文献。从1994年至今，M-nZVI研究领域的发文数量呈现出正态分布趋势（图 2a），具有关键作用和意义的研究文章集中于2011—2019年（表 1）。发文数量经历了相对平缓发展的初始阶段（1994—2004）、迅猛增长的快速增长阶段（2005—2021），并进入缓慢下降阶段（2022—）。在初始阶段（1994—2004），平均每年发文量低于9篇，相关研究成果为下一阶段研究成果的迅速攀升奠定了基础。文献共被引分析（表 1）表明，该阶段学者们的研究重点集中在双金属体系和负载改性纳米零价铁的性能研究上，目标污染物主要是铬、砷（As）、铅等重金属类污染物和三氯乙烯、多氯联苯等传统有机污染物，关于机理的研究相对有限。随着Ponder等[21]揭示了树脂负载纳米零价铁用于Cr6+和Pb2+的去除潜力，该领域研究进入快速增长阶段（2005—2021）。
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注：2024年数据截至3月31日。 Note：The data of 2024 is up to March 31. 图 2 改性纳米零价铁（M-nZVI）领域年发文量（a）及“桥梁”国家年发文量变化（b） Fig. 2 Annual publications in the field of modified nanoscale zero valent iron (M-nZVI) from 1994 to March 2024 (a) and annual publications of the "bridge" countries from 1994 to March 2024 (b) |
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表 1 M-nZVI领域不同发展阶段共被引排名前十的文献 Table 1 Top 10 high co-citation of publications in different stages of M-nZVI research |
进入2005年，M-nZVI领域相关研究进入爆发期，发文量快速上升，尤以我国发文量增长最快，并在2011年以微弱优势（64篇）首次超过美国（55篇）（图 2b），此后我国在该领域的发文量一直处于领先地位。在该阶段，nZVI的改性方法逐渐丰富，多金属体系改性、多孔材料负载改性、表面活性剂改性以及硫化改性等方法不断被开发。在共被引频次排名前十的文献中（表 1），硫化改性和多孔材料负载改性的研究热度较高，其中硫化改性研究文献占60%，多孔材料（生物质炭、膨润土和沸石）负载改性占40%。在硫化改性方面，硫化改性后的nZVI性能优于未改性的nZVI，如硫化改性nZVI降解氟洛芬的表面归一化反应速率常数为3.1×10−4 L·m−2·min−1，相比之下未改性的nZVI对氟洛芬的降解率几乎为零[22]；一步式合成硫化nZVI在抗氧化性、反应活性等方面均优于两步式合成的硫化nZVI[23]。还有一些学者比较了硫化改性与双金属体系改性材料间的性能、机理，结果发现，铁钯双金属体系的还原脱氯能力大于硫化nZVI，又大于其他双金属体系（铁镍、铁铜、铁银）；双金属体系改性的nZVI材料主要通过氢解作用（Hydrogenolysis）降解三氯乙烯，硫化nZVI则主要通过β-消除（β-elimination）途径[24]。
多孔材料负载改性nZVI主要用于重金属类污染物的去除研究，Wang等[25]合成了还原氧化石墨烯负载nZVI，并将其用于水溶液中As3+和As5+的去除，研究了材料与污染物作用的影响因素及其中的反应动力学，并对可能的吸附机制进行了阐释。同年，Prasad等[26]报道了材料的绿色合成方法，以薄荷叶提取物制备出了具有核-壳结构的壳聚糖改性nZVI复合材料，30 min内对As3+和As5+的去除率达98%以上。复合污染物同步去除和工程应用探索也逐渐增多，沸石负载改性的nZVI在同步去除水溶液和土壤中镉（Cd2+）、Pb2+和As3+混合污染物方面表现出巨大的应用潜力[27-28]。Hasan等[29]开展了一项模拟田块尺度的柱实验，发现生物质炭负载nZVI对Cd2+和锌（Zn2+）的去除效率分别提高了115%和123%。Qian等[30]则是直接在污染地块上进行了生物质炭负载nZVI的原位注射试验，两次注射结束后，生物质炭负载nZVI在28 d内对地下水中氯代烃的去除率达到了90%以上，且修复过程中修复材料能够运移至周边微泵井，未造成泵井孔隙堵塞。
进入2022年后，M-nZVI领域发文量表现出下降趋势，发文量逐年递减，2023年发文量相较于2021年减少了180篇。2022年以来，M-nZVI领域内“桥梁”国家（图 2b）的发文量均有所下降，尤其是我国与美国。经过17年的快速发展，学者们在M-nZVI领域开展了广泛研究并取得了不少成果，尽管如此，由于相对较高的环境污染物处理成本、尚未明晰的环境健康风险、改性材料在实际环境中迁移转化的复杂性和材料长期稳定性的不确定性等问题尚未解决，M-nZVI的商业化应用仍旧相对有限，有关该领域的研究热度也呈现出下降趋势。
2.2 M-nZVI领域科学合作关系 2.2.1 国家共现分析全球共有98个国家在M-nZVI领域发表了科学引文索引（Science citation index，SCI）文章，并且这些国家之间合作关系密切（图 3a）。在该研究领域，中国、美国、德国、法国以及俄罗斯占据了主导地位，并且在不同国家间发挥着重要的桥梁作用，被统称为“桥梁”国家。这些“桥梁”国家经济实力相对较强，为政府间合作提供了强有力支撑，比如，我国国际合作研究与发展计划、美国国际研究与教育合作伙伴计划等，这些国际支持计划为不同国家和地区间的科技创新与技术交流做出了重大贡献。
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注：节点大小代表文献数量，文献越多，节点越大；节点连线代表了节点间的合作关系；节点紫色圆圈代表该节点中介中心性大于0.1，具有较大的桥梁作用。 Note: The node size corresponds to the volume of publications, with larger nodes indicating a greater number of publications. The connecting lines between nodes represent collaborative relationships. Nodes encircled by purple circles denote a betweenness centrality value exceeding 0.1, signifying their pivotal bridging role in the network. 图 3 国家间合作关系共现图（a）及发文量排名前十五国家的累计发文量及其论文平均被引频次（b） Fig. 3 Collaboration network of countries (a) and total publications and the average citation frequency of the top fifteen countries (b) |
除“桥梁”国家外，本文还分析了发文量排名前15国家的累计发文量及论文平均被引频次，结果（图 3b）发现，我国在总发文量上占据绝对优势，约是排名第2位国家美国的2.5倍，这说明过去三十年间我国对M-nZVI在环境修复领域的研究越来越重视，也与我国不断加大对环境修复产业的研发投入密切相关。但是在论文平均被引频次上，我国的排名相对落后，这主要与我国在该领域的研究起步较晚有关。相比之下，美国在发文数量和论文平均被引频次上的排名表现出较高的一致性，均名列前茅；法国与德国在发文数量及论文平均被引频次上均处于中等水平，俄罗斯则均处于最低水平，因此，当研究者进行论文筛选和阅读时，除将“桥梁”国家作为筛选依据外，也应适当考虑发文国家的发文数量、被引频次。
2.2.2 机构共现分析机构共现分析有助于快速了解某一领域的权威性研究机构。表 2是M-nZVI领域在WoSCC上论文总被引频次排名前15的机构。来自我国和美国的研究机构占据了主导地位，排名前十五的机构中超过1/2的机构来自我国，6家机构来自于美国，1家来自于加拿大。虽然我国机构在论文总被引频次上具有显著优势，但是在论文平均被引频次上仍落后于美国和加拿大。以中国科学院和美国Lehigh University为例，中国科学院在总被引频次上是Lehigh University的3.3倍，但在论文平均被引频次上Lehigh University是中国科学院的3.8倍。
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表 2 总被引频次排名前十五的研究机构 Table 2 Top 15 institutions in terms of total citations |
导致该现象的可能原因包括两点：一是发达国家在该领域研究起步较早，前期取得了一些突破性成果，相比之下，我国在该领域的研究于2001年起步，前期研究热度和研究人员数量有限，也存在一些跟进式研究，直至2011年及以后，我国在该领域的发文量开始大幅度增加，相关研究成果的权威性才逐步显现出来。二是该领域领军人才对国家或机构发展的影响。领军人才越多，所在地区或机构的权威性越高，被引频次也越高。许多来自发展中国家的人才曾在美国、加拿大等权威机构工作或学习，并在此期间发表了一些高被引的科研成果。
2.2.3 作者共现分析从1994年至今，共有22 537位学者参与该领域的研究，其中有157位学者在该领域发表SCI论文超过10篇。这157位学者中，同一颜色的学者间合作关系更为密切，并且形成了相对集中的8个研究群体（图 4）。
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注：同一颜色的学者间合作关系更为密切，为一个研究群体。 Note: Scholars with identical node colors demonstrate denser collaborative connections, constituting a cohesive research community. 图 4 发文量大于10篇的作者关系共现 Fig. 4 Collaborative network of scholars with more than 10 publications |
在这些研究群体中，代表性学者包括但不局限于张伟贤（同济大学）、陈祖亮（福建师范大学）、Ravi Naidu（University of Newcastle）、曾光明（湖南大学）、董浩然（湖南大学）、方战强（华南师范大学）、吕树光（华南理工大学）、徐新华（浙江大学）、Gregory V. Lowry（Carnegie Mellon University）、陈梦舫（中国科学院南京土壤研究所）、Denis O’Carroll（University of Western Ontario）等。其中，多数的中国研究者曾经在美国、加拿大、澳大利亚等国家学习或工作，近些年来陆续返回祖国发展，进而推动了我国在该领域的发展水平，出现该现象的原因除科学家的爱国情怀外，还与我国经济快速发展、科研环境逐渐改善和科技实力不断提升有关。就研究领域而言，上述学者的研究领域涉及新材料研发、机理研究、工程应用等各方面，但各有侧重。比如，张伟贤及其团队探索了铁基纳米材料在还原氯代有机物及重金属过程中的优势、机理等[31]，陈祖亮团队通过绿色合成技术研发新型M-nZVI材料，对材料合成机制、影响因素进行研究，并将其应用于利福平、米托蒽醌等抗生素以及重金属铅等的去除[32-33]。Gregory V. Lowry和徐新华团队针对M-nZVI在环境中的运移、M-nZVI的生态毒性以及污染物的去除等开展了研究[34-35]。
2.3 M-nZVI领域近十年关键词聚类及突现分析关键词是某一文献主题的高度概括，关键词出现频次越高，表明相关主题愈为重要。为进一步了解和掌握M-nZVI领域研究重点，预测未来研究趋势，本文利用Citespace 6.2.R4进行了关键词聚类及突现分析。
2.3.1 关键词聚类分析聚类分析共获得2014—2023年679个关键词的6个聚类（图 5），分别为聚类1机理研究、聚类2因素及动力学研究，聚类3物理性质及纳米毒性研究、聚类4改性方法研究、聚类5环境介质应用研究和聚类6目标污染物研究。根据高频关键词的数量可判断，6大聚类的重要性由高到低依次为聚类1、聚类5、聚类6、聚类2、聚类4、聚类3。
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注：节点代表关键词，节点圆圈越大，说明该节点所代表的关键词在文献中出现的频次越高。节点黄色圆圈代表该节点中介中心性大于0.1，具有较大的桥梁作用。 Note: Nodes represent keywords, with their diameter proportionally scaled to the term's frequency of occurrence in the publications—larger circles correspond to higher citation frequencies. Nodes encircled by yellow rings indicate a betweenness centrality value exceeding 0.1, reflecting their critical bridging function within the network architecture. 图 5 M-nZVI领域近十年（2014—2023）关键词聚类分析 Fig. 5 Clustering of keywords over the last decade in the field of M-nZVI from 2014 to 2023 |
聚类1中，M-nZVI与污染物的作用机理主要包括还原、吸附、共沉淀等。负载改性类nZVI与污染物的作用机理通常包括吸附、还原、共沉淀等；多金属体系类nZVI与污染物的作用机理主要为强化还原；表面修饰类nZVI如使用羧甲基纤维素等高分子聚合物或表面活性剂增强nZVI的亲水或亲油性，与污染物的作用机理以还原为主；硫化及胶囊化改性类则包括还原、类芬顿反应、吸附、络合、离子交换等机制。Zhang等[5]发现，羧甲基纤维素修饰生物质炭负载nZVI对Cr6+的去除以化学还原为主、吸附为辅；引入硫元素的改性nZVI材料与重金属间的作用机制涉及硫化物形成、表面络合等过程[36]；负载在还原氧化石墨烯上的nZVI对水溶液中铀（U6+）存在吸附和还原去除[37]。此外，改性材料也可充当活化剂，当将改性材料与活化过硫酸盐共同用于去除阿拉特津、盐酸四环素时，改性材料充当过硫酸盐催化剂，反应机理包括脱烷基、烷基羟基化、脱氯羟基化和烷基氧化等[38-39]。由聚类2可知，影响M-nZVI去除污染物的主要因素包括共存离子强度、pH、温度、溶解氧等。好氧条件下，氧气能够消耗零价铁释放出的电子，从而与污染物形成竞争关系降低污染物去除率[40]；pH则能够影响改性材料的腐蚀、寿命以及传输性能等，低pH环境下，Fe0倾向于产生H2。一般情况下，在中性或弱酸性环境中，M-nZVI与污染物的相互作用程度最高[41]。共存离子的研究通常包括硝酸根（NO3–）、硫酸根（SO42–）、碳酸氢根（HCO3–）等各种阴离子[42]。SO42–可使材料表面的钝化层不稳定，从而增加材料反应活性；HCO3–低浓度下能够促进反应进行，但在高浓度下则表现出相反效果；NO3–对反应体系的影响与离子浓度有关，离子浓度越高则对nZVI的反应活性抑制性越高。因素研究的同时，多数文献还揭示了其中的反应动力学等过程。文献[43]报道，M-nZVI与污染物的反应过程多表现出一级或伪一级动力学特征。聚类3是关于M-nZVI材料本身的流动性、在地下环境中的传输能力、微生物毒性及生态毒理学等的研究。如，Dong等[44]实验证明，与裸nZVI相比，羧甲基纤维素（CMC）表面修饰后的nZVI对大肠杆菌的细胞毒性明显降低；且由于自然环境中存在的有机质、含水层其他物质等的影响，相同M-nZVI浓度下，实际土壤与地下水修复应用过程中M-nZVI的生态毒性效应可能小于实验室环境[18]。相对其他聚类，该聚类研究领域的成果相对有限，尤其是纳米材料对微生物菌群的毒性效应研究是近十年来（2014年以来）才出现的，但总体上，表面修饰和胶囊化改性手段能够降低nZVI的生态毒性，应用于土壤与地下水环境修复中时可能不会对生态环境构成严重威胁。聚类4是关于nZVI改性方法的研究。多孔材料负载改性和双金属体系改性是最常见的改性方式，负载改性仍是当前研究重点，双金属体系改性制备材料的成本相对较高，目前仍以实验室基础研究为主；硫化改性、氢氧化镁包覆及多种方式耦合改性被认为在土壤与地下水污染修复中具有较大应用潜力。聚类5、聚类6分别指明了M-nZVI的环境应用领域和目标污染物类型，应用领域包括废水、土壤与地下水环境以及沉积物中污染物的去除；目标污染物包括重金属、有机污染物、无机污染物、抗生素等新兴污染物。文献[11]报道，通过原位注射表面活性剂乳化nZVI，土壤和地下水中的三氯乙烯（TCE）在90 d内去除率达到80%以上，并且在注射5个月后仍能够对地下环境中的TCE起到还原脱氯作用。壳聚糖负载改性的nZVI对水稻土中As3+的最大吸附量达145.09 mg∙g–1[45]。Shi等[46]使用膨润土负载nZVI对电镀废水中Cr6+、Pb2+、铜（Cu2+）的去除率均在90%以上，且再生后材料对污染物的去除率保持在70%左右。沉积物中镍（Ni）、Zn、Pb等污染物的去除也能够以M-nZVI作为稳定化试剂[47]。
2.3.2 关键词突现分析关键词突现分析共获得234个突现词，按照突现时间和突现强度提取其中47个关键词进行分析，结果（图 6）表明，自2014年至2023年十年间，除钯/铁双金属体系、六价铬、析氢反应外，其余研究热点一直处于变化当中。在nZVI改性方法上，研究重点逐渐从“碳纳米管（Walled carbon nanotubes，2014—2019）”“黏土矿物（Clay mineral，2014—2016）”“螯合型树脂（Chelating resin，2014—2019）”“沸石（Zeolite，2017—2019）”等负载改性向“硫化（Sulfidation，2020—2023）”“胶囊化（Encapsulation，2020—2023）”“表面活性剂（Surfactant，2020—2023）”等手段转变。在目标污染物上，前期引起更多关注的污染物主要是“三氯乙烯（Trichloroethylene）”“四氯化碳（Carbon tetrachloride）”“酚化合物（Phenolics）”等污染物，近五年则以“酸橙7（Acid orange 7）”“三价锑（Antimony（Ⅲ））”“氯化乙烯（Chlorinated ethenes）”为主。过去十年发表了大量机理研究成果，高频关键词“析氢反应（Hydrogen evolution reaction）”“加氢脱氯反应（Hydrodechlorination）”“超氧自由基（Superoxide radical）”“种间电子转移（Interspecies electron transfer）”等的突现标志着学者们对M-nZVI去除污染物的机理有了更为深入的理解。随着微生物研究和耦合修复技术的发展，“微生物还原（Microbial reduction，2020—2023）”“催化降解（Catalytic degradation，2020—2023）”以及“协同去除（Simultaneous removal，2017—2022）”逐渐成为研究热点。此外，关键词如“微生物群落结构（Microbial community structure，2019—2023）”“水生生物（Aquatic environment，2019—2023）”“植物（Plants，2019—2023）”等的出现也说明M-nZVI对微生物、动植物等的影响也逐渐引起了学者关注。
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注：关键词突现用于分析研究热点的变化。线条代表关键词作为研究热点持续的时间，线条越长代表持续时间越长。 Note: Keyword bursts characterize the evolution of research fronts, where connecting lines demarcate the temporal span of intellectual hotspots. Line length exhibits positive correlation with sustained scholarly attention, with extended trajectories indicating prolonged disciplinary engagement. 图 6 M-nZVI领域近十年（2014—2023）关键词突现分析 Fig. 6 Keywords bursting in the field of M-nZVI from 2014 to 2023 |
相较于nZVI，M-nZVI材料在官能团、孔结构、表面活性位点、稳定性、分散性等方面均有大幅度的改善，可用于重金属、有机氯代烃、抗生素等多类型污染物的快速去除，不仅能够用于土壤与地下水污染修复过程，而且能够用于工业废水甚至是底泥的污染修复，在环境修复领域具有巨大应用潜力[19，33，48]。1994年以来，学者们围绕M-nZVI开展了大量的研究工作，开发了多种改性手段，揭示了污染物与M-nZVI的主要反应机制，并在工程应用领域进行了一些探索。尽管取得了上述进展，但仍有一些未解决的问题阻碍了M-nZVI的大规模商业化应用。首先是商业化生产成本问题，当前硫化改性、氢氧化镁包覆改性以及负载等方式能够显著改善nZVI性能，但是硫化剂、氢氧化镁等改性物质的引入仍以实验室研究为主，放大至商业化生产的经济性仍然需进一步评价。其次是M-nZVI的环境影响和安全性问题，目前的研究已初步证明表面修饰等改性方式能够降低纳米材料的细胞毒性[18，44]，但是受纳米材料大小、形貌、化学结构、电荷等因素影响，纳米材料的安全性评估具有一定难度，当前关于M-nZVI纳米毒性的研究相对不足，动物试验结果仍缺少充足的研究数据，向人群外推的不确定性仍旧较高。然后是实际应用场景对M-nZVI性能的复杂影响，当前M-nZVI领域仍以实验室尺度模拟研究居多，许多因素被人为控制，但是实际工程应用的环境因素复杂多变，从实验室尺度向田块尺度放大时，共存物质、地下水流速、土壤性质等均可能会影响工程参数的设计和最终的处理效果。最后是机理研究和环境行为研究尚存在一些不足，M-nZVI被广泛用于传统污染物的去除研究，但是用于新兴污染物和复合污染物的研究相对有限；在修复和处理实际土壤、天然水体和废水污染时，关于该过程中M-nZVI迁移转化行为的研究也不多。
基于上述问题，结合领域的关键文献（表 1）、近十年关键词聚类（图 5）及关键词突现（图 6）分析结果，将M-nZVI领域未来研究重点概括如下：（1）在工程应用上，探索一种经济上可行、技术上易实现、性能上稳定的M-nZVI改性材料仍是未来的研究重点。同时，需进一步探索经济高效的原位修复技术，例如将M-nZVI还原修复技术耦合生物修复，降低修复技术成本的同时，提高污染物转化率，最大程度减少中间产物累积，并最终实现污染物无害化处理。（2）M-nZVI的环境安全性是影响其商业化应用的重要因素，为顺利实现商业化应用，应尽快探明M-nZVI的多物种毒性效应浓度及其毒性效应机制等环境毒理学特征、M-nZVI与其他环境因素的相互作用过程，验证实际环境长期使用M-nZVI的安全水平。（3）面向田块尺度，深入探究污染物和M-nZVI在实际修复中的环境行为，基于大量野外数据分别建立污染物和M-nZVI的迁移转化模型，为实际修复工程提供可靠的模型支撑。（4）新兴污染物如抗生素、全氟化合物、内分泌干扰物等，复合污染物如多种重金属复合污染、重金属与有机氯代烃复合污染等在土壤、地下水等环境介质中的存在日益普遍，未来研究应当聚焦于上述类型污染物的去除研究，阐明其中的环境行为、污染物去除过程及机理等。
3 结论本文通过综合分析1994—2024年间M-nZVI领域的6 381篇文献，揭示了该领域的研究动态和发展趋势。结果表明，M-nZVI研究已进入从实验室创新向工程化应用转型的关键期，硫化改性、氢氧化镁包覆改性、负载以及多种方式耦合改性等能够显著改善nZVI性能，并实现污染物的快速去除，但上述研究仍以实验室研究为主，目标污染物以传统污染物为主，亟需通过多学科交叉创新，进一步评价其放大至商业化生产的可行性和经济性，并将目标污染物拓展至新兴污染物、复合污染物等更广泛的类型，深入探讨M-nZVI在实际环境中的应用效果、机理和环境风险，可为M-nZVI技术可持续发展提供科学基础。
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