吸附法去除水中药品及个人护理品PPCPs研究进展

2黏土材料

除了碳材料应用较为广泛外，黏土材料在水污染控制中也具有较好的应用前景。黏土材料可塑性高，渗透性好，比表面积较大，表面通常带有电荷，可与污染物进行离子交换或发生物理吸附，因此具有良好的吸附性能和表面化学活性；且黏土矿物（如膨润土、蒙脱石及其改性物质等）材料易得，价格低廉。

由于改性后的黏土材料其吸附效果会大大提高，因此多数黏土材料经过改性后使用。天然凹凸棒石黏土材料对苯酚的去除率为20%左右，单纯物理化学改性（如酸活化、热活化）及有机改性，对苯酚的去除率将提高3~4倍，将物理改性和微波有机改性相结合，对苯酚的去除率可达99%以上。

将天然膨润土用铁聚阳离子和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）进行改性，改性后的无机-有机膨润土（IOB）对水中的磷酸盐和多环芳香烃（PAHs）如菲均有很强的亲和力，95%以上的磷酸盐和99%的菲在30min内即可以从水中去除，与有机膨润土和膨润土矿相比，IOB具有良好的固-液分离性能。

另外，黏土材料也可利用金属离子进行改性，不同的金属离子改性对不同的PPCPs有不同的促进作用。例如利用多种金属（Co2+、Ni2+和Cu2+）改性制成的无机-有机柱状黏土（IOCs）固定床去除水中水杨酸、氯贝酸、卡马西平和咖啡因，在单组分吸附中，Cu（Ⅱ）-IOC对水杨酸和氯贝酸表现出较好的亲和力，但在多组分吸附中，Cu（Ⅱ）-IOC对卡马西平的亲和力更好，而Co（Ⅱ）-IOC无论是在单组分吸附还是在多组分吸附中均对咖啡因具有良好的亲和力。

与活性炭类似，黏土吸附剂的应用形式也具有多样化，除固定床外，也可应用于过滤器等设备中。将十八烷基三甲基溴化物（ODTMA）制成的胶体黏土复合物制成柱状过滤器（18cm×4cm，过滤器中含有2%的胶体黏土复合物）去除水中的萘普生，当水流流速为2mL/min，萘普生浓度为1mmol/L，水量为300mL时，可将水中的萘普生完全除去，并且胶体黏土复合物柱状过滤器对含萘普生废水的处理效果不受温度的影响。

黏土类吸附剂对有机物质的吸附作用不仅与其表面积有关，还取决于吸附剂的微孔结构和其表面性质。无机黏土类吸附剂中的硅酸盐和有机污染物中的羟基可形成氢键或水桥作用，因此，无机黏土类吸附剂主要的吸附机理是表面的氧原子和有机污染物中的官能团之间的电子给-受体作用。有机黏土类吸附剂的吸附机理主要是表面吸附和分配作用，前者主要是因为其表面电性和亲水亲油性变化，后者主要是由于有机层在黏土层的分布。

3生物材料

我国生物质资源丰富，其中一些生物材料如椰壳、果壳、秸秆、稻壳、梧桐叶等具有丰富的官能团，表面一般带有负电荷，可以制作成吸附剂。该类吸附剂具有价格低廉、可再生、易降解等优点。不同类型的生物质材料其吸附性能有所不同。

对比稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆生物质材料的吸附能力，发现其对亚甲基蓝的吸附能力依次为稻草>大豆秸秆>花生秸秆>稻壳，这一顺序与他们的表面所带电荷量和比表面积大小顺序一致。木质生物材料相比于秸秆生物材料，具有较大的比表面积和热解产率，因此木质生物材料对菲的吸附能力和吸附亲和力明显大于秸秆生物质材料。

生物材料吸附剂会发生专性吸附，生物质吸附剂对PPCPs的吸附机理与碳材料有所不同，其多是孔填充效应、疏水效应和π-π共轭反应等。此外，生物质类吸附剂不仅可以用于有机污染物质的去除，还可用于处理金属、染料、放射性废水等。

除了竹子废物和椰壳可制成吸附剂外，还有很多生物材料可制成生物吸附剂用于水污染控制。例如，秸秆生物炭对疏水有机污染物具有较好的吸附能力，枣核可用于吸附水溶液中的亚甲基蓝、碱性品红，莴苣皮生物材料可吸附水溶液中的阳离子染料等。

4纳米材料

纳米吸附剂具有较大的比表面积、较强的疏水性和多孔性，对有机物具有较好的吸附能力，在水净化和水污染控制方面得到广泛应用。常见的纳米吸附剂有碳基纳米吸附剂、碳－铁纳米吸附剂、纳米黏土和磁性纳米吸附剂等。

T.M.SalemAttia等采用合成磁性纳米粒子包覆沸石材料去除水中的布洛芬、萘普生、双氯芬酸钠和吉非罗齐，发现碱性条件下PPCPs不易被去除，接触时间对PPCPs的去除有显著的影响。相比于其他的吸附剂，纳米材料往往具有更大的吸附容量。利用氧化石墨烯（GO）纳米片作为吸附材料去除水中的氯贝酸，发现GO对氯贝酸的最大吸附量可达994mg/g，且离子强度对吸附效果的影响较小。

改性纳米吸附剂对污染物的吸附作用很大程度上决定于改性剂的种类。例如用表面活性剂PVP-K30以及PEG-4000改性制得的纳米Fe3O4吸附剂，虽都保持了较高的磁性，但前者对盐酸四环素的吸附主要是氢键作用，而后者主要以表面吸附为主，粒内扩散为辅。

另外，有研究表明，碳纳米管对水中有机物的吸附主要是疏水作用、π-π键作用、氢键作用、静电作用等，或者是几种作用力同时存在，但具体是哪种作用力起主导作用取决于纳米材料以及被吸附物质。

5其他吸附材料

除了碳材料、黏土类材料、生物质材料和纳米材料外，一些研究者还发现了其他具有吸附能力的材料，其对PPCPs也具有良好的去除效果，如具有较大比表面积的不饱和聚酯树脂（UPR）和壳聚糖等天然高分子材料等。S.Sikarwar等用UPR吸附去除水中的巴柳氮，并研究了影响吸附效率的4个因素：

UPR用量、溶液的pH、温度和巴柳氮的初始浓度。实验结果表明，UPR对巴柳氮的吸附适合在碱性条件下、50℃左右进行，UPR对巴柳氮的吸附行为与准一级吸附动力学模型吻合，吸附过程为自发吸热反应。

另外，壳聚糖属天然高分子化合物，具有很强的吸附特性及生物活性。以壳聚糖为基质，将其与颗粒活性炭进行复合制备的吸附剂对水中有机物的去除率可达到70%，吸附量比颗粒活性炭增加1.2~1.5倍。

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