氯代芳香污染物毒性高、难降解，易抑制厌氧微生物活性和种间营养代谢。纳米铁可通过氧化还原反应和电子传递强化污染物转化，但其进入生物体系后会持续发生腐蚀与相转化，实际发挥作用的铁形态并非固定不变。因此，仅依据初始材料种类或投加量，难以解释不同纳米铁材料随运行时间变化的强化效果。近期，项目组南京大学团队联合无锡学院和南京理工大学团队，以2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）为目标污染物，比较了四种纳米铁材料在厌氧体系中的阶段性作用，并提出以“铁可利用性”连接铁相转化、污染物去除与微生物响应。研究表明，早期铁可利用性主要由液相Fe2+和可交换态铁（F1）主导，后期则转变为F1和可还原态铁（F2）主导。早期铁可利用性较高的nZVI和nFe3O4可快速促进2,4-DCP去除，平均去除率达到64.59%；nZVI第3天的去除率达到75.59%。nFeOOH虽早期作用有限，但其后期F2占比提高31.50%，表现出延迟而持续的强化效果。项目组综合运用铁形态分析、胞外聚合物表征、微生物测序和代谢组学等手段揭示了其作用机制。早期，nZVI和nFe3O4促进胞外多糖分泌，增强微生物对2,4-DCP急性毒性的抵抗，并加快代谢中间产物转化；后期，nFeOOH中F2逐渐增加，促进胞外蛋白分泌和种间营养氧化，使代谢中间产物积累降至最低。进一步分析发现，Fe2+主要关联污染物去除和挥发性脂肪酸消耗，F1主要关联胞外多糖和蛋白分泌，F2则与铁循环相关微生物富集密切相关。由此，项目组提出将纳米铁视为随反应演化的“动态铁库”，其强化效果取决于不同阶段可利用铁组分的变化，而非材料的初始性质。该研究建立了“铁相转化—铁可利用性—微生物响应—处理效能”的机制链条，为根据处理阶段和目标污染物选择纳米铁材料，以及提高氯代芳香工业废水厌氧处理效能提供了理论依据。
研究成果以“Iron Availability as a Time-Evolving Descriptor Linking Syntrophic Metabolic Responses and Process Performance in Nano-Iron-Amended Anaerobic Systems”为题发表在Bioresource Technology （10.1016/j.biortech.2026.135389）。南京大学博士研究生马雨佳、博士后薛立静为共同第一作者，南京大学张炜铭教授为通讯作者，共同作者包括南京大学博士研究生高志宏、陈晨，江苏南大环保科技有限公司正高级工程师汪林、南京大学花铭教授、杨志超副教授、单超副教授、无锡学院钱杰书教授和南京理工大学李红超副教授。研究得到了国家重点研发计划（2021YFA1201703）和中国博士后科学基金（2024M751393）的资助。
