吸附材料处理重金属废水的研究进展

吸附技术作为一种有效去除重金属的方法，在水污染控制和水净化领域里发挥着其他技术无可取代的重要作用。目前，我国对含重金属废水的处理技术基本采用日本提供的处理工艺，虽然处理效果好，但仍有不足，在以后的研究中，可以将廉价吸附材料吸附重金属的过程加入到处理废水的工艺中，以提高水质净化质量及材料利用率，降低处理成本。

1 水环境污染因子—重金属

从环境污染方面来讲，重金属主要指汞、镉、铅等毒性显著的金属元素，也包括具有一定毒性的元素，如锌、铜、钴等，还有一些元素，如砷、硒、铍，这些虽不属于重金属，但考虑到砷和硒的毒性及某些性质类似于重金属，且铍与人类健康关系密切，所以，在环境研究中把砷、硒和铍列入重金属中一起讨论。大型化工业、重工业企业、印染、纺织、造纸等工厂排放的工业废水中含有大量的重金属离子，排入水体后，这些重金属经过迁移、富集，对生态系统、农业和人类健康造成巨大的伤害。例如，铅是一种典型的重金属污染物，在自然环境中难以被微生物降解，通过植物或农作物将铅转移到人或者动物体内，长期饮用含大量铅的水会导致贫血、肾脏疾病和智力迟钝等严重的疾病，Pb2+ 被列为水体中优先控制的污染物之一;震惊世界的八大公害中就有由重金属Cd引起的“骨痛病”和由Hg引起的“水俣病”;砷是人体非必须元素，它的化合物大多有毒， 关于砷引起的黑足病、角质化等皮肤病以及癌症等， 在世界上很多地区都有所报道，砷污染也成为世界瞩目的全球性问题之一。

2 常见重金属吸附材料研究现状

目前，研究人员对废水中重金属的吸附材料进行了大量研究，既有对吸附材料吸附性能的试验，也有对吸附材料运用条件的探究，按化学结构分类，具体分述如下：

2.1 无机吸附剂

2.1.1 沸石

沸石是一种孔径均匀、比表面积大、价格低廉的高效吸附材料，广泛应用于各研究领域中，包括天然沸石、斜发沸石、方沸石等。我国的天然沸石资源丰富，河北、内蒙古、山西的储量占全国的 45%，其余主要分布在东北、山东、安徽、江苏和浙江等地。Omar等探究了3种廉价吸附剂(天然沸石、粉煤灰、花生壳木炭)对Cu2+和Zn2+

的吸附行为，得出最佳的吸附条件，实验表明：天然沸石是3种吸附剂中吸附能力最强的材料，其最适pH值为6，吸附达到平衡时所需时间为3 h。

2.1.2 硅藻土

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，其主要成分是SiO2，还含有少量的金属氧化物，因其孔隙度大、稳定性强、吸收性好等特点，常被用于涂料、油漆、污水处理等行业。早在十几年前，研究人员就开始研究硅藻土的吸收性能。刘频等采用云南腾冲硅藻土进行化学改性，并从吸附剂用量、溶液pH值、吸附作用时间等条件对吸附性能的影响方面研究了该材料对Pb2+的吸附作用，结果显示：在室温条件下, 当Pb2+的初始质量浓度为20mg/L，吸附剂投加量3.0 g/L，吸附时间为60 min，溶液pH值为7 ~ 8的条件下，改性硅藻土对水溶液中Pb2+的去除率为96.3% ，由上述数据得出，硅藻土改性后的吸附效率明显优于原土。

2.1.3 其它无机吸附剂

还有一些无机矿物也是常用的高效吸附材料，例如其它分子筛、高岭土等，对这些矿物进行改性，也可提高矿物的吸附效率。

2.2 有机(高分子)吸附剂

2.2.1 纤维类吸附剂

纤维类吸附材料分子内有很多羟基基团，且具有多孔的特性，它的吸附性能早已受到研究人员的关注，并且关于此类吸附剂的研究也愈来愈多，目前， 研究人员通过对其进行化学改性，使其吸附效率提高。傅伟昌以棉纤维为原料制备甜菜碱型两性化纤维素，探讨其合成途径的相关影响因素，并研究产物Cr2O72-，Mn2+，Cu2+的吸附性能，结果表明：重金属离子溶液的pH值对离子的去除效果有较大影响，在pH值为5.8时，对Cr2O72-有较好的吸附能力;在pH值为7.0时，对Mn2+，Cu2+有较好的吸附能力;即该制备产物对金属阴、阳离子均有吸附效用。夏友谊等通过合成的废水净化纤维探究其对Cu2+的吸附性能，得出：废水净化纤维对Cu2+吸附量可达6.24 mg/g，吸附能力主要来自废水净化纤维β-环糊精中羟基与Cu2+的络合作用，β-环糊精与Cu2+络合比为4:7，该纤维对试剂反应条件要求较简单，无二次污染，且净化效率较高。

2.2.2 树脂类吸附剂

树脂类吸附剂在重金属水处理方面的应用比较广泛，鲁雪梅等就此类材料进行了综述，研究表明：用树脂材料处理重金属废水具有高效、经济的特点，具有较好的发展前景，但合成新型离子交换树脂的过程需要进一步优化，同时还发现，改性后的离子交换树脂有更高的吸附效率。 高吸水树脂因其高吸水能力，且在高温高压下的高保水能力，成为一种迅速发展起来的有机吸附材料。王品等用自制和市售的3种丙稀酰胺型高吸水树脂为试样，通过静态吸附法，研究该树脂对Cd2+，Cu2+，和Ni2+3种金属离子的吸附行为，实验得出：重金属离子浓度越大，该材料对3种重金属的吸附量也越大，当3种金属离子混合时，高吸水树脂表现出一定的选择性吸附，吸附量大小依次是Cu2+> Cd2+> Ni2+;同时还探究了树脂吸附Cu2+后在物质的量浓度为1 mol/L的HCl溶液中的解吸附性能，结果表明：3种树脂吸附Cu2+后在1 mol/L的HCl溶液中解吸附3 min时，解吸附率分别达到98.62%，98.45%，83.87%。

2.2.3 壳聚糖类吸附剂

壳聚糖是一种天然高分子材料，对许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和相邻的羟基能与许多金属离子(如Hg2+，Ni2+，Cu2+，Pb2+等)形成稳定的螯合物，多用于治理重金属废水、净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等。雷志丹等研究壳聚糖对模拟废水中的微量重金属离子Cu2+和Pb2+的吸附，确定了最佳吸附条件，结果为：在实验室条件下，Cu2+的最佳pH值为9，Pb2+的最佳pH值为6，壳聚糖最佳用量均为10 g/L，最佳吸附时间均为20 min，温度均为温，壳聚糖脱乙酰度均为85%，可见，壳聚糖对水中微量重金属离子有较好的吸附效果。

2.2.4 其它高分子吸附剂

有些高分子吸附材料虽然研究较少，但其吸附效果是很可观的，且引导了处理重金属废水的新型高分子吸附材料的研发与应用。

2.3 碳质吸附剂

碳质吸附剂中，运用最多的就是活性炭，活性炭本身具有特殊的孔隙结构，因此，可以高效地吸附重金属离子。侯晓龙等采用模拟重金属废水的正交试验设计，研究5种物理吸附剂(活性炭、人造沸石草石灰、炉灰、木炭)对重金属的吸附效果，探讨pH值、吸附剂加入量和振荡时间等因素对吸附效果的影响，结果表明：在一定pH值吸附剂加入量和振荡时间下，5种物理吸附剂对6种重金属(Pb，Cd，Mn，Zn，Cr，Ni)均有较好的吸附效果，其中活性炭对Pb，Ni和Cr的吸附率最大，分别达到100%，94.42%和100%。各影响因素对不同吸附剂吸附重金属的影响能力基本表现为，pH值>吸附剂加入量>振荡时间;活性炭、木炭和草木灰对重金属废水的最佳吸附条件为，吸附剂加人量40 g/L，pH值l0 ～ 10.5，振荡时间180 min。从各组数据中也可得出：活性炭对重金属的综合吸附能力要强于其它4种。

3 新型重金属吸附材料

在众多传统吸附材料的运用实践中，传统吸附剂表现出运用成本高、去除低浓度重金属离子的能力不强的缺陷，研究人员开始寻找一种能广泛应用于污水处理的新型吸附剂。生物吸附法作为新兴的废水处理技术，因其材料易得、价格低廉、对低度重金属废水的处理效果好，受到研究人员的极大关注，现阶段，生物吸附材料的研究已成为污水处理领域里的一个发展新方向。

纳米材料因其特殊的结构和性质，一直受到科研人员的极大关注， 并且广泛应用于各个行业领域，环境方面的研究人员也开始探究纳米材料在环境中的应用。黄文等利用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)包裹在Fe3O4磁性纳米颗粒表面形成一种新型纳米固相萃取吸附剂，并研究了吸附剂的吸附性能，研究结果表明：该吸附剂对阳离子重金属有一定的吸附作用，当SDS的质量浓度为300mg/L时，单位吸附量达到最大;在一定范围内，吸附平衡可以较好地与Langmuir等温曲线拟合;Fe3O4/SDS容易洗脱和再生，能很好地应用于实际。

综上所述，寻找一种吸附效率高、通用性强、来源广泛、价格低廉、操作简便、运行费用低、所需条件温和、不产生二次污染、易于回收的吸附材料，并运用到重金属废水的实际处理过程中将成为日后研究工作的重点。