吸附法處理重金屬離子的研究進(jìn)展 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 O6 A 1009-914X（ 2014） 35-0323-01 如今，隨著我國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展，重金屬?gòu)U水大量排放，重金屬的污染日益嚴(yán)重，且重金屬在自然條件下難于降解為無(wú)害物，可通過(guò)食物鏈富集進(jìn)入人體，從而對(duì)人體健康造成危害。如何有效治理重金屬污染已成為人們共同關(guān)注的問(wèn)題。重金屬?gòu)U水主要含有鉻、鎳、銅、鋅、汞、錳、鎘、釩及錫等有毒重金屬離子，而且它的來(lái)源很廣，如礦山排水、 廢石場(chǎng)淋濾水、選礦場(chǎng)尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗廢水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆和染料等各種工業(yè)廢水。因此，如何科學(xué)實(shí)用有效地處理重金屬離子廢水已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的熱點(diǎn)之一。目前對(duì)重金屬?gòu)U水的處理方法主要有：化學(xué)沉淀法、氧化還原法、吸附法、電解法、電滲析法、濃縮法、生物法等。其中，吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，一直受到人們的青睞。本文將圍繞吸附法的吸附劑種類展開(kāi)論述。 1.活性炭 活性炭是用生物有機(jī)物 質(zhì)（包括煤、石油、瀝青等）經(jīng)炭化、活化等一系列工序制成的一種無(wú)定形炭，其擁有比表面積高、孔容大、孔徑分布可控、表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)、高吸附容量、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和高機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)和性質(zhì)。因此被廣泛地用作重金屬離子的吸附劑。活性炭的吸附性能主要由其物理、化學(xué)性質(zhì)共同決定?；钚蕴靠筛鶕?jù)重金屬離子物理化學(xué)性質(zhì)以及所處化學(xué)環(huán)境的不同，對(duì)活性炭的物理結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)活性炭對(duì)工業(yè)廢水中重金屬離子的快速、高效吸附?；钚蕴渴且环N極優(yōu)良的吸附劑，在處理中重金屬?gòu)U水方面主要有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（ 1）吸附容 量大，處理效果好；（ 2）無(wú)需添加任何氧化劑、絮凝劑等化學(xué)試劑；（ 3）對(duì)重金屬離子的吸附穩(wěn)定性好、選擇性高；（ 4）可與難被自然界微生物降解的重金屬離子一起填埋，防治再次污染水體，不存在二次污染問(wèn)題。只是活性炭的價(jià)格比較貴，再生困難而且壽命短，所以限制了它的廣泛使用。 2.沸石 天然沸石，是以四面體立體結(jié)構(gòu)存在的鋁硅酸鹽，它的多孔結(jié)構(gòu)特征使其具有優(yōu)異的催化、離子交換和吸附性能，因而被廣泛應(yīng)用于石油 化工、土壤改良、廢水處理等領(lǐng)域。其中斜發(fā)沸石的利用價(jià)值最高，它 對(duì)很多重金屬離子如： Cd2+、 Cu2+、 Pb2+、 Zn2+ 等選擇交換能力很強(qiáng)，對(duì) Pb2+ 和 Cd2+ 的交換能力是最高的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)離子濃度和沸石一定時(shí)，溶液的 PH 值越大，越有 利于吸附；溶液溫度在 15 35 范圍內(nèi)，溫度越高，沸石的吸附容量越 大。除此之外，許多研究者還發(fā)現(xiàn)，沸石的選擇性與離子交換能力，取決于對(duì)沸石 的預(yù)處理方法。若將天然沸石經(jīng)過(guò)適當(dāng)改性后，進(jìn)行了去除電鍍廢水中重金 屬離子的研究與去除溶液 中 Pb2+、 Cu2+的吸附研究。結(jié)果表明：用沸石對(duì)電鍍廢水進(jìn)行 處理時(shí)，其最佳過(guò)流速度為 4 5 m3/h，此時(shí)鋅、鉻 、 鎳的有效去除率分別可達(dá) 80%、 60%、 40%以上，后者氫氧化鈉改 性的沸石對(duì) Pb2+、 Cu2+的吸附能力大幅增加，且吸 附速度很快，在短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到平衡。這主要是因 為氫氧化鈉清除了沸石的內(nèi)孔中的水分和雜質(zhì)，改 變內(nèi)孔中吸附的金屬陽(yáng)離子，從而擴(kuò)大沸石的孔徑 和比表面積，改善沸石對(duì)重金屬離子的吸附能力。 因此可以看出經(jīng)改性后的沸石對(duì)重金屬離子的吸附量明顯提高。 3.殼聚糖 殼聚糖是一種可以直接從節(jié)肢動(dòng)物如蝦、蟹和昆蟲(chóng)等外殼及檸檬酸發(fā) 酵的菌體的細(xì)胞壁中等多種原料中分離得到的天然堿性高分子多糖 。分布 十分廣泛， 是地球上最豐富的天然高分子化合物之一。 殼聚糖因其原料豐富、廉價(jià)、無(wú)毒無(wú)味、可 生物降解、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸被廣泛使用。因?yàn)闅ぞ厶欠肿觾?nèi)的羥基、氨基能與 Pb2+、Cr2+、 Cu2+ 等重金 屬離子形成穩(wěn)定的環(huán)狀螯合物， 使其具有良好的吸附、 螯合作用，因此殼聚糖可作為高性能的重金屬離子捕集劑。殼聚糖對(duì) Ag+、 Zn2+、 Pb2+、 Co2+ 的配位能力隨殼聚糖用量的增加，配位時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。不同重金屬離子的配位能力 因溶液 pH 值的不同而存在明顯差異。一般在酸性條 件下，吸附 容量隨著 pH 值的升高而增加?？傊?，重金屬離子的濃度、 pH 值、溫度、時(shí)間 及配比等因素的變化均會(huì)影響殼聚糖對(duì)重金屬離子的吸附能力。 4. 粘土礦物 粘土礦物是一種優(yōu)良的天然吸附材料，其具有高比表面、高負(fù)電荷及高離子交換性能。在作為吸附材料的粘土礦物中，膨潤(rùn)土是研究較多的一種。它是以蒙脫石為主要礦物成分。蒙脫石是由顆粒極細(xì)的含水鋁硅酸鹽構(gòu)成的層狀礦物，其單位晶胞系由硅氧四面體和鋁氧八面體按 21 組成的晶層，在晶層內(nèi)存在廣泛的同晶置換，使晶層中產(chǎn)生永久性負(fù)電荷，這樣層間可通過(guò)吸引并容納陽(yáng)離子來(lái) 達(dá)到電荷平衡。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得膨潤(rùn)土具有優(yōu)良的離子交換和吸附性能。目前用改性膨潤(rùn)土處理含重金屬離子的廢水是科研工作者研究的熱點(diǎn)之一。實(shí)驗(yàn)表明：若對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行加熱改性后處理廢水中的 Pb2+、 Cd2+ 和 Ni，當(dāng)加熱溫度達(dá)到 400 時(shí)，處理效果最好，高于未改性的膨潤(rùn)土。而且使用過(guò)的膨潤(rùn)土污泥可作為制造水泥和磚的原料，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。又有研究表明利用改性膨潤(rùn)土對(duì) Cr6+進(jìn)行吸附處理， pH 值為 6 時(shí)，去除率大于 95%。當(dāng)高濃度時(shí)改性膨潤(rùn)土甚至優(yōu)于活性碳。吸附機(jī)理分為表面絡(luò)合吸附和層間離子交換吸附，且以后者 占主導(dǎo)地位。由此可見(jiàn)，價(jià)格低廉的礦物材料，若能在工藝條件上加以改進(jìn)，無(wú)疑可在重金屬離子處理中替代價(jià)格較貴的活性炭，發(fā)揮更大的作用。 5. 生物吸附劑 生物吸附劑是包括藻類、細(xì)菌、酵母、霉菌等在內(nèi)的生物體及其衍生物。因生物吸附劑是利用生物體體內(nèi)特有的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征來(lái)吸附重金屬離子，所以生物吸附法是一項(xiàng)處理重金屬離子廢水污染的新技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)二次污染；（ 2）處理效率高，且在低濃度下，金屬可以被選擇性地去除；（ 3） pH 值和溫度條件范圍寬（ 4090 ）；（ 4）可有效地回收一些重金屬。因此逐漸成為研究熱點(diǎn)。生物吸附劑因其細(xì)胞壁及細(xì)胞壁上的官能團(tuán)和酶，可吸附廢水中的重金屬離子。若用啤酒酵母對(duì)水溶液中 Cd2+和Cu2+進(jìn)行吸附，結(jié)果表明：當(dāng) Cu2+的濃度 50mg/L 時(shí)，啤酒酵母對(duì) Cd2+不產(chǎn)生吸附，對(duì) Cu2+產(chǎn)生專性吸附。若用多細(xì)胞藻海帶處理含 Cu2+、 Ni2+廢水，結(jié)果表明在適宜的條件下，海帶對(duì) Cu2+、 Ni2+的去除率分別為 95.17%、 97.23%。若用兩種曲霉 A.sojaeM146 和 A.oryzaeM149 的菌體作為吸附劑對(duì)水中的 Pb2+、 Cd2+進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明吸附的最佳 pH 為5.5，溫度為 30 ，時(shí)間為 1h。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，A.sojaeM146 對(duì) Pb2+和 Cd2+吸附率分別為 69.76%和 72.28%；A.oryzaeM149 對(duì) Pb2+和 Cd2+吸附率分別為 60.64%和81.34%。對(duì)生物吸附劑進(jìn)行化學(xué)改性以達(dá)到較好的吸附效果是許多研究者所追求的，例如用改性海帶作為吸附劑，研究了改性海帶對(duì)銅離子的吸附性能，結(jié)果表明：氫氧化鈉處理后的海帶對(duì)銅離子的吸附量達(dá)到 88.0mg/g，吸附量比改性前增加兩倍多。 展望：吸附法作為一種重 要的吸附重金屬離子的方法，其具有高效、簡(jiǎn)便和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。但目前工業(yè)上使用的吸附劑普遍價(jià)格昂貴，因此開(kāi)發(fā)廉價(jià)、 高效率、無(wú)污染、可再次利用的吸附劑將是重金屬離子吸附研究的主要方向。目前吸附劑可以通過(guò)物理、化學(xué)等方法對(duì)現(xiàn)有吸附劑進(jìn)行改性，以增強(qiáng)吸附劑對(duì)重金屬離子的選擇吸附性；應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生物吸附劑的開(kāi)發(fā)研究，生物吸附劑具有品種多、來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單、吸