新型高效改性材料在重金属废水处理中的应用-北极星水处理网

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重金属废水的常规处理方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、活性炭吸附法、硅胶吸附法和膜分离法等，但这些方法存在去除不彻底、费用昂贵、产生有毒污泥或其他废料等缺点。例如利用化学沉淀法时所用药剂量难于控制，且产生大量的污泥，增重后续处理的负担;离子交换法会产生过量的再生废液、周期较长、耗盐量大、有机物的存在会污染离子交换树脂。此外，对于溶液中存在多种离子时，需要针对不同的目的离子选用不同的树脂，普遍适用性差;电解法处理重金属废水时水中的重金属离子浓度不能降的很低，不适于处理较低浓度的重金属离子废水;活性炭吸附法处理费用高，易产生二次污染等等。因此，国内外研究者致力于研究与开发高效环保型的重金属废水处理技术和工艺。而利用改性技术处理各种材料的目的就在于增加材料表面的有效功能团的数量使其与更多的重金属离子结合，从而提高材料的吸附能力。经过多年的研究和实验，发现其效果明显，这对处理重金属废水做出了突出的贡献。

1 改性材料吸附重金属废水的作用机理

吸附剂表面产物，特别是吸附剂表面功能基团，决定了吸附机制，对重金属离子吸附机制报道最常见的有离子交换、静电作用、螯合作用、沉淀和络合。对于阴离子，静电作用对于离子进入到吸附剂表面起了很重要的作用。吸附剂表面的胺类基团在酸性条件下很容易被质子化并且其对阴离子吸附有利吲。

非常多的功能团，包括羧基、羟基、硫酸盐、磷酸盐、氨基化合物和氨基等，对重金属吸附都很重要㈣。这些功能基团中，胺类在去除重金属方面最有效，它不仅与金属阳离子有螯合作用，也能通过静电作用或氢键吸附金属负离子，由分子中大量主要的和次要的胺类基团组成的聚乙烯酰胺，当被吸附或横跨在吸附剂表面时，对重金属具有很强的吸附能力。在水处理中，大部分胶体带负电，带正Zeta电位的吸附剂对水体中这些污染物的吸附是有利的。Lukasik几次试图通过在表面涂上金属氢氧化物和金属过氧化物来改造沙石，但这样改造后表面物质易于溶解。据报道，经聚吡咯改造的玻璃珠在一定的pH范围内拥有很高的表面正电荷，增强了对带负电荷的高岭土微粒和腐殖酸的去除。

2各种改性技术处理重金属废水的研究

2.1接枝技术在处理重金属废水中的应用

2.1.1微生物经接枝后吸附重金属的研究：虽然很早以前人们就发现自然生长的白腐真菌能将木头里的Cd、Fe、Zn和Cu等积累在子实体内，但将白腐真菌应用于治理重金属废水，在近几年中才被研究者们重视。在聚氨酯泡沫载体中生长的白腐真中的黄孢原毛平革菌P.ysosporium能吸附57%的cu(Ⅱ)和43%的Cd(11);而以橘子皮纤维素为基质中的P.ysosporium能吸附168.61mg/g的Zn(1/)[HI，在活性染料Remazol Black B共存条件下云芝zversicolor能去除32.2%的Cr(VI)。发酵工业或各种活性污泥旧中可利用的微生物包括细菌、酵母、真菌和藻类等，在去除水中重金属方面有广阔的应用前景。利用微生物的活性原则和重金属与微生物的亲和作用，把重金属转化为较低毒性的产物，从而达到去除低浓度重金属废水的目的。微生物细胞壁化学功能团(氨基、羟基、磷酸基等)与所吸附的重金属离子形成离子或共价键来达到吸附金属离子的目的。而且微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。Deng等经过两阶段反应把聚乙烯亚胺融合到青霉菌表面吸附Cr(Ⅵ)，改造过程如图l所示。

经过FTIR和X—ray分析发现，菌种表面出现了更多的功能基团，比如含有更多的一OH和一NH，C=O、O=C—O等，这些基团对重金属的吸附起着非常重要的作用。另外，经过聚乙烯亚胺改造后的菌种，其表面的还原能力增强了，这就使得较强毒性的cr(Ⅵ)更多地被还原成了毒性低的cr(Ⅲ)。

Bai和Abraham注意到黑根霉菌对六价铬的吸附容量在引进羧基和氨基后增强了，吸附量为200mg/g，用表面活性剂和阳离子电解质对青霉菌进行处理后，发现其对五价As的吸附能力提高了，吸附量为57.85mg/gtl61，所有这些改良技术的目的都是为了增加材料表面功能团的数量，从而提高了吸附能力。经过多年的研究和实验，发现其效果明显，这对处理重金属废水做出了突出的贡献。

2.1.2有机和无机材料经接枝后吸附重金属的研究：SiO2胶体在酸性条件下具有体表面积大、吸附速度快和化学稳定性强等特点，所以它作为多孔基质被广泛地用于制备吸附重金属离子的吸附剂。又因其能将各种各样的有机分子固定到表面，硅通常与螯合基团有机官能团化来确定重金属离子的捕集范围。但是，在特定条件下，由于以上合成的吸附剂的稳定性很差、吸附过程复杂、费用高以及吸附效率低等缺点，其应用受到限制。因此，开发出新的以硅基吸附剂势在必行。通过辐射交联甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的水凝胶呈现出可靠的吸附重金属的能力。有研究者通过照射诱导接枝单体到硅基体上制得吸附剂。Qiu等通过照射诱导接枝技术合成了叔胺基类的硅基吸附剂，他克服了以上的限制，在极端环境如强酸或者辐射条件下都有很强的吸附能力，最大吸附量为68mg/g。

近些年，很多研究者集中于研究螯合纤维，因为螯合纤维可用于分离水溶液中的重金属离子。又由于相对于其他的吸附剂，螯合纤维具有很高的选择性和很大的吸附容量以及易于再生等特点而备受关注，这些特点都归于吸附剂比表面积大、吸附动力高、合适的功能基团的引进以及聚合纤维费用低等口制。Mustafa等研究了将4一乙烯基吡啶和2一甲基丙烯酸羟乙酯单体的混合物接枝到聚乙烯(对苯二甲酸亚乙酯)纤维上以去除水溶液中的Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(1I)等重金属离子。观察发现，改性后的纤维稳定性好，再生能力强且活性不会降低。通过扫描电镜发现如图2所示

(a)中的纤维表面相对平滑和均质，而接枝后的纤维看起来形成了小吞噬细胞粘附在聚乙烯纤维脊柱上，使表面不均质，这就可以证明接枝。

2.2表面分子印迹技术在处理重金属废水中的应用：将各种生物大分子从凝胶转移到一种固定基质上的过程称为印迹技术。有相关文献显示：通过使用表面分子印迹技术，印迹了的吸附剂比原吸附剂对Ni2+的吸附提高了30%～50%，而且，这种吸附剂具有更好的吸附机械性能，并且重复利用率很高，达15个周期之久刚。Huo等田等利用表面分子印迹技术研究吸附溶液中的Ag+，通过Ag+印迹的吸附剂吸附含Ag+废水具有更高的吸附亲和力。表面Ag+印迹生物吸附剂制备的流程图如图3，

其最大吸附量达到了199.2mg/g。利用o.1mol/L的硫代硫酸钠作为脱吸剂时，其脱吸效率达到99.o%，这就大大加强了吸附剂的利用率，是一种很经济且吸附性很强的吸附材料。各种印迹生物吸附剂对Ag+的吸附容量如表1所示。

从表l可以看出，Ag+印迹的吸附剂对Ag+的吸附容量最大，原因是：通过表面印迹技术，在Ag+印迹的吸附剂表面有效地创建了Ag+选择性吸附位点，而其他的印迹吸附剂表面则提供更少的适合Ag+的吸附位点㈣。

延伸阅读：

浅议重金属废水处理技术和资源化

电镀废水在水处理行业有哪些环保功能?

原标题：新型高效改性材料在重金属废水处理中的应用

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