浅谈新型吸附剂处理重金属废水的研究进展

浅谈新型吸附剂处理重金属废水的研究进展

张道平

深圳市宝安东江环保技术有限公司 广东深圳 518000

摘要：在处理废水中重金属时怎样无害化、无污染化是目前我国相关研究人员探讨的热点问题。本文主要叙述了现阶段新型碳基吸附剂等新型吸附剂在处理废水中重金属的应用研究，以期为我国废水处理工程提供一定的理论支持。

关键词：新型吸附剂；重金属废水；处理；研究进展

引 言

重金属污染是水污染中主要污染类型之一。水体中一旦含有重金属后，会快速被有生命的生物体所吸收，其在进入生物体食物链后，会在人体形成重金属富集现象。如果人体中富含重金属超出了基本限值，就会对人体健康造成影响，形成各类疾病。故而，对废水中重金属的无害化处理问题已经成为目前相关人员研究的热点。

1 新型吸附剂的研究

吸附法因其材料廉价易得、去除效果好、不产生二次污染且能反复再生循环使用等优点，一直受到人们的青睐。传统吸附剂在处理重金属废水方面的工艺已经比较成熟，近年来科研工作者的研究主要集中在寻求更为合适、廉价、高效的吸附材料上，如以下几种：

1.1 新型碳基吸附剂材料的研究进展

以生物炭以及活性炭为代表的碳基材料是新型吸附剂的主要研发方向之一，目前主要利用高温碳化后的植物果壳以及碎屑来进行碳基吸附剂的制取，同时还对活性炭进行改制，使其成为活性炭纤维来进一步改善其吸附重金属的性能。经研究发现，这种新型的碳基吸附剂对锌、铬以及镉等重金属元素具有良好的吸附效果。而在进一步的重金属元素不同价态条件下的吸附试验中还发现，新型的碳基吸附剂对六价铬、二价镉以及二价锌的吸附效果更加突出。在试验研究中取4g碳基吸附剂，对含有二价镉200mg的2L试验用水进行处理，试验环境温度控制在24~26℃，经检测测定每克活性炭纤维能够吸收23mg的二价镉，说明其二价镉的吸附效果比较理想。由于新型碳基吸附剂对重金属元素的吸附效果会随着吸附量的增加而下降，因此研究人员还在进一步研究活性炭改性问题，以增强其吸附能力，从而提高对重金属废水的处理效果。

1.2 新型矿物类吸附剂材料的研究进展

天然矿物材料主要有沸石、膨润土、蛭石、硅藻土、磷矿石等。沸石是由（Si，Al）O4四面体组成的框架构造，具有良好的选择吸附和离子交换功能，可有效吸附去除水中重金属离子污染物。M.A.Barakat研究用低品位的高岭土通过热液反应合成了4A沸石，使用4A沸石，Cu2+和Zn2+在中性和碱性条件下被吸附，Cr6+在酸性条件下被吸附，Mn4+在高碱性条件下被吸附。膨润土是以蒙脱石为主要矿物的黏土矿。由于蒙脱石晶胞形成的层状结构中存在某些阳离子，且这些离子易被其他阳离子交换，故具有较好的离子交换性。此外，膨润土有巨大的表面积，因而吸附能力强。孙洪良等人用十六烷基三甲基季铵盐和乙硫醇铵盐双阳离子同时复合改性内蒙钙基膨润土，研究发现：复合改性膨润土的表面性质和层间结构发生了显著改变，其对Cd2+有较好的吸附能力。蛭石是一种与蒙脱石相似的黏土矿物，为层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，具有较大的比表面积和较强的阳离子交换容量，能有效去除废水中的重金属。A.C.V.dosSantos等人考察了蛭石对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附效果，研究表明，非膨化蛭石对各离子的亲和力为：pH=4时，Cu2+〈Cd2+〈Pb2+；pH=5时，Cu2+=Cd2+〈Pb2+；pH=6时，Cd2+〈Cu2+〈Pb2+。

硅藻土是海洋或湖泊中生长的硅藻类残骸在水底经自然作用逐渐形成的一种非金属矿物，其比表面积大，且表面被大量硅羟基所覆盖，通常颗粒表面带有很强的负电荷，非常适合用于对重金属离子的吸附。杨文等人用聚丙烯酰胺（PAM）改性处理硅藻原土并应用于处理含高浓度Pb2+的模拟废水，其对Pb2+的饱和吸附容量可达到66.2~69.0mg/g。磷矿石作为一种新型环境矿物材料对含重金属离子的工业废水具有较好的处理效果。A.Aklil等人用烧制的磷矿石去除水中重金属离子，在pH=5时，其对Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附容量分别为85.6、29.8、20.6mg/g。BingcaiPan等人合成了一种非晶态磷酸锆（ZrP）用于吸附重金属离子Pb2+、Cd2+、Zn2+，在竞争性阳离子Ca2+存在下，其吸附能力为Pb2+〉Zn2+≈Cd2+〉Ca2+。为了提高羟基磷灰石处理重金属的性能，M.Vila等人用三维大孔生物聚合物聚己酸内酯和戊二醛交联明胶对其进行固载化，其对重金属离子Pb2+、Cu2+、Cd2+的吸附量分别为83.9、24.0、35.5mg/g。

1.3 新型植物类吸附剂材料的研究进展

植物纤维可以制成新型吸附剂，合理利用植物茎秆、果壳等，可以达到吸附重金属的目的。人们可以对植物材料进行再加工，同时使用醚化、酯化等方法，对植物材料中的羟基加以活化，进而提升纤维素的吸附能力。植物材料的采集更为便捷，投入成本更低，有利于降低废水处理成本，因此人们可以将没有经济价值的植物茎秆、果壳等作为吸附材料，提高农作物的利用率。目前，植物纤维类吸附剂在重金属处理研究领域被广泛关注，其在重金属处理中应用较广。研究发现，植物纤维素对二价铜的吸附效果较好，其吸附平衡时间为1h。试验使用二价铜浓度为120mg/L的水体，加入植物纤维素后，植物纤维素的吸附量为9mg/g，其吸附二价铜的过程为45～55min，并且植物纤维素的表面积较大，容易提取，因为是从植物中提取的，材料更容易降解，因此植物纤维素作为吸附材料可以作为吸附剂的发展方向。

另外，人们可以提取木材中的木质素来吸附重金属，其产量较高，容易提取，对重金属的吸附效果较好，适合用作重金属吸附材料。与植物纤维素一样，木质素同样含有羟基，也含有甲氧基、羰基，这些有机官能团可以有效吸附重金属，通过化学改性处理，人们可以进一步提高木质素的吸附能力。研究发现，在木质素中引入胺基，可以延长吸附时间，提高对二价铅的吸附能力；将木质素进行硫酸盐改性处理，加大硫酸盐的投入量，可以有效提高木质素对六价铬的吸附效果，在同等试验水体和木质素剂量的基础上，加入2～4g硫酸盐，等待1.5h，对试验水体进行检测，结果表明，水体中六价铬含量为0.3mg/L。

1.4 新型生物吸附剂材料的研究进展

微生物也是目前新型重金属吸附剂的主要研发方向之一，而由于细菌和藻类中所含的纤维素和植物纤维的分子结构基本相同，因此藻类以及细菌成为重要的研究目标。试验研究中，在含有20mg/L二价镉的试验水体中加入藻类吸附剂，经检测发现99%的二价镉被有效吸附，说明其吸附效果十分突出。同时还发现藻类吸附剂具有连续吸附能力，而且能够对重金属废水中多种金属元素进行吸附处理。

而在新型菌类吸附剂的研究试验中，将细菌纤维素加入含有二价铜的实验水体中，在经过约1h的吸附平衡过程后，经检测发现每克细菌纤维素能够吸附约9mg的二价铜，且有效反应时间在45~55min左右，具有良好的处理重金属废水的能力。另外由于细菌能够快速增殖，其纤维素的提取也比较便捷，而且其在处理重金属废水时不会产生二次污染物，因此是吸附剂的理想材料，成为新型吸附剂研发的一个重点方向。

2 新型吸附剂处理重金属废水的研究进展

2.1 处理水体中铅含量超标的方法

铅是对人体危害较大的重金属元素，铅中毒会影响人体神经中枢，对视力、智力、运动神经均有重大的危害，还会影响下一代的发育。因此，人们需要重视对铅废水的处理工作，降低水体中的铅含量。研究发现，使用生物类吸附剂，可以有效吸附水体中的铅元素，在23～26℃温度下，在铅废水中添加菌类吸附剂，处理时长为0.5h，处理后的水体中，铅含量明显降低，处理量占初始含量的85%。

2.2 处理水体中镉含量超标的方法

镉也是重金属元素之一，对人体健康有较大的危害，镉元素如果大量进入人体，会降低人体内的钙含量，并且镉会促进人体雌激素的异常分泌，进而影响人体健康。同时，镉的摄入会降低人体的免疫能力，影响免疫细胞的增殖，进而破坏人体的免疫系统。研究发现，植物纤维类吸附剂可以有效吸附镉元素。通常，镉污染来源于工业生产，如电镀废水。相关试验表明，提取镉废水，镉含量为45mg/L，使用含有植物纤维素的吸附剂，将其加入镉废水中，其植物纤维素吸附剂的加入量为15g/L，保证水体pH在7.5，充分搅拌镉废水，放置1.5h后，对水体进行镉含量检测，水体铬含量减少98.5%。

另外，人们可以使用含矿物质的吸附剂来处理镉废水。试验发现，提取镉废水，镉含量为55mg/L，保证水体pH在6.5左右，在水体中加入硅藻泥含量为50g/L的吸附剂，保证水体温度为24～26℃，对水体进行充分搅拌，放置1～2h，然后对水体进行镉含量检测，结果表明，水体中镉含量比初始含量降低98.61%。因此，新型吸附剂可以提高镉废水的处理能力，具有较大的应用价值。

2.3 处理水体中铬含量超标的方法

六价铬的毒性较强，因此铬污染对生物和环境的危害极为严重。六价铬会对皮肤造成过敏反应，并且会破坏遗传基因链，严重时会让人体产生癌症。六价铬也对水生生物有着较强的致死能力，破坏生态环境，会给国家造成重大的经济损失。铬废水试验结果表明，碳基材料的吸附剂和木质素吸附剂均对六价铬有着较好的吸附效果，选取铬含量为60mg/L的铬废水，调整铬废水的pH值，让铬废水呈酸性，在铬废水中添加木质素吸附剂，吸附剂的添加量为45g/L，保证水体温度24～26℃，最终水体中的六价铬去除率为91%。

人们也可以使用碳基材料的吸附剂对铬废水进行测试，控制铬废水的pH值，让铬废水呈酸性，选取活性炭吸附剂，吸附剂的用量为50g/L，因为活性炭吸附剂对温度没有要求，因此对水体温度没有过高要求，对铬废水进行搅拌，放置1～2h，通过检测仪对水体进行检测，结果发现水体中六价铬的吸附率为94%。因为碳基材料制备方便，原材料价格低廉，因此其在我国重金属废水处理中被大量应用。

结束语

新型吸附剂由于成本低、选择性好、高效环保等优点，将可能成为今后比较有竞争力的一种重金属处理方法。碳基吸附剂材料，天然矿物材料、植物类吸附剂、生物吸附剂等是近年来科研工作者研究的重要方向，其中生物吸附剂是目前研究较热且最具应用前景的一类吸附剂，应加大其研究开发力度，利用生物吸附剂处理重金属废水或将成为未来的一种趋势。

参考文献

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