基于新型吸附劑處理重金屬廢水的研究進展

周美香

（銅陵港華燃氣有限公司，安徽 銅陵 244002）

自然界中存在一百多種化學元素，其中金屬元素就占83%。在這些金屬元素中，存在一些密度大于4.5 g/cm3的重金屬元素，如果重金屬元素進入生物體內，會給生物帶來重大損害。還有一些金屬更是對碳基生命有著致命的毒性，比如人們比較熟悉的砷元素。在工業(yè)生產和城市建設時，大量工業(yè)廢料和建筑廢料未經處理被隨意排放到自然環(huán)境中，對土壤、空氣、水體造成了嚴重的污染，這些污染中就包含了大量重金屬污染，重金屬元素融入水資源中，讓水資源被污染，如果這些被污染的水資源被當作飲用水使用，重金屬就會進入人體，對人體健康帶來嚴重損害。近年來，我國因為重金屬污染而引起的環(huán)境和健康問題已經逐步顯現(xiàn)，因此我國高度重視重金屬污染治理工作，下面就來簡單介紹目前重金屬污染治理方面取得的研究成果。

1 新型吸附劑的研究

1.1 碳基材料的吸附劑

目前，有一類新型吸附劑使用碳基材料，其采用物理吸附，通常使用活性炭、生物炭等具有較強吸附能力的碳基材料對水體中的重金屬元素進行吸附。碳基類吸附材料的制備方法如下：選取植物的果殼或碎屑，將果殼、碎屑進行高溫碳化處理，最終得到活性炭成品，活性炭主要呈顆粒狀或粉末狀，將活性炭改制成活性炭纖維也能提高吸附劑的吸附能力。

使用碳基類吸附劑對鉻、鎘、鋅元素的吸附效果較好，通過植物果殼制備的活性炭能夠滿足凈水用活性炭的A級標準。在對不同價態(tài)的金屬元素進行吸附測試中，人們發(fā)現(xiàn)，其對毒性較高的六價鉻的吸附量可以達到41 mg（1 g水體），對二甲鎘的吸附量可以達到48 mg（1 g水體），對二價鋅的吸附量為25 mg（1 g水體）。將活性炭改制成活性炭纖維后，其吸附效果有所提高，再對二價鎘的吸附效果進行測試[1-2]。測試步驟如下：取2 L含有200 mg二價鎘的試驗用水，取活性炭纖維吸附劑2 L，吸附劑中的活性炭纖維含量為4 g，將活性炭纖維吸附劑加入試驗用水中，在常溫24～26℃下進行反應，對二價鎘吸附后，活性炭的吸附量達到23 mg/g，因此證明活性炭纖維對二價鎘有較高的吸附表現(xiàn)。

活性炭纖維的表面積較大，其中分布大量直徑微小的孔洞，因此其對于水中重金屬元素有較好的吸附性。目前，碳基材料吸附劑被廣泛應用，人們也對活性炭的改性做出進一步研究。碳基材料吸附劑的吸附原理是物理吸附，不會發(fā)生化學反應，對溫度的要求不高，但是隨著吸附重金屬數量的增加，其吸附能力會減少。其通過活性炭纖維對鉛元素和鎘元素進行吸附，活性炭纖維吸附到的二價鉛和二價鎘可以與活性炭纖維上的氧、氮等元素結合，進而達到對水中重金屬的吸附作用。

1.2 含礦物質的吸附劑

含礦物質也可以作為新型吸附劑，如黏土、硅藻土、珍珠巖等，其對于重金屬也有較好的吸附效果。研究發(fā)現(xiàn)，硅藻土對二價鋅、二價鎘、二價鉛的吸附效果較好，其吸附平衡過程為5～8 min；增加硅藻土劑量，可以進一步提高水體中重金屬的處理效果；提高溫度，也能增強硅藻土吸附劑的吸附能力[3-5]。另外，含礦物質對二價鎘的吸附效果要高于二價鋅，因此其處理二價鎘更適合。礦物吸附劑的最佳吸附效果為7～11 h，一旦大于11 h,其吸附效果會逐漸下降。

1.3 植物纖維類吸附劑

植物纖維可以制成新型吸附劑，合理利用植物莖稈、果殼等，可以達到吸附重金屬的目的。人們可以對植物材料進行再加工，同時使用醚化、酯化等方法，對植物材料中的羥基加以活化，進而提升纖維素的吸附能力。植物材料的采集更為便捷，投入成本更低，有利于降低廢水處理成本，因此人們可以將沒有經濟價值的植物莖稈、果殼等作為吸附材料，提高農作物的利用率。目前，植物纖維類吸附劑在重金屬處理研究領域被廣泛關注，其在重金屬處理中應用較廣。

研究發(fā)現(xiàn)，植物纖維素對二價銅的吸附效果較好，其吸附平衡時間為1 h。試驗使用二價銅濃度為120 mg/L的水體，加入植物纖維素后，植物纖維素的吸附量為9 mg/g，其吸附二價銅的過程為45～55 min，并且植物纖維素的表面積較大，容易提取，因為是從植物中提取的，材料更容易降解，因此植物纖維素作為吸附材料可以作為吸附劑的發(fā)展方向[6-7]。

另外，人們可以提取木材中的木質素來吸附重金屬，其產量較高，容易提取，對重金屬的吸附效果較好，適合用作重金屬吸附材料。與植物纖維素一樣，木質素同樣含有羥基，也含有甲氧基、羰基，這些有機官能團可以有效吸附重金屬，通過化學改性處理，人們可以進一步提高木質素的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)，在木質素中引入胺基，可以延長吸附時間，提高對二價鉛的吸附能力；將木質素進行硫酸鹽改性處理，加大硫酸鹽的投入量，可以有效提高木質素對六價鉻的吸附效果，在同等試驗水體和木質素劑量的基礎上，加入2～4 g硫酸鹽，等待1.5 h，對試驗水體進行檢測，結果表明，水體中六價鉻含量為0.3 mg/L[9-10]。

1.4 生物類吸附劑

細菌、藻類等微生物都可以作為吸附重金屬的材料，藻類也含有與植物相同纖維素，而細菌含有與植物纖維素相同分子結構的細菌纖維素。研究發(fā)現(xiàn)，藻類對二價鎘的吸附效果較好，取二價鎘含量為20 mg/L的試驗水體，加入等量的藻類吸附劑，其對試驗水體中二價鎘的吸附率可以達到99%。在對重金屬成分復雜的水體進行處理時，藻類吸附劑可以連續(xù)吸附，處理水體中的多數重金屬。

人們可以使用菌類作為吸附材料，以有效吸附水體中的銅元素。相關研究表明，使用65～75 nm的細菌纖維素，對二價銅進行吸附，其吸附平衡的完成時間為1 h[8]。選取2 L的試驗水體，水體中的二價銅含量為200 mg，加入細菌纖維素后，細菌纖維素的吸附容量為9 mg/g，其吸附反應的時間為45～55 min。因此,使用細菌纖維素作為吸附材料，可以有效保證重金屬處理效果，并且細菌增殖速度快，細菌纖維素容易提取，因為其生物特點，不會造成重復污染，它是理想的新型重金屬吸附劑。

2 新型吸附劑處理重金屬廢水的研究情況

2.1 處理水體中鉛含量超標的方法

鉛是對人體危害較大的重金屬元素，鉛中毒會影響人體神經中樞，對視力、智力、運動神經均有重大的危害，還會影響下一代的發(fā)育。因此，人們需要重視對鉛廢水的處理工作，降低水體中的鉛含量。研究發(fā)現(xiàn)，使用生物類吸附劑，可以有效吸附水體中的鉛元素，在23～26℃溫度下，在鉛廢水中添加菌類吸附劑，處理時長為0.5 h，處理后的水體中，鉛含量明顯降低，處理量占初始含量的85%[11]。

2.2 處理水體中鎘含量超標的方法

鎘也是重金屬元素之一，對人體健康有較大的危害，鎘元素如果大量進入人體，會降低人體內的鈣含量，并且鎘會促進人體雌激素的異常分泌，進而影響人體健康。同時，鎘的攝入會降低人體的免疫能力，影響免疫細胞的增殖，進而破壞人體的免疫系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，植物纖維類吸附劑可以有效吸附鎘元素。通常，鎘污染來源于工業(yè)生產，如電鍍廢水。相關試驗表明，提取鎘廢水，鎘含量為45 mg/L，使用含有植物纖維素的吸附劑，將其加入鎘廢水中，其植物纖維素吸附劑的加入量為15 g/L，保證水體pH在7.5，充分攪拌鎘廢水，放置1.5 h后，對水體進行鎘含量檢測，水體鉻含量減少98.5%。

另外，人們可以使用含礦物質的吸附劑來處理鎘廢水。試驗發(fā)現(xiàn)，提取鎘廢水，鎘含量為55 mg/L，保證水體pH在6.5左右，在水體中加入硅藻泥含量為50 g/L的吸附劑，保證水體溫度為24～26℃，對水體進行充分攪拌，放置1～2 h，然后對水體進行鎘含量檢測，結果表明，水體中鎘含量比初始含量降低98.61%。因此，新型吸附劑可以提高鎘廢水的處理能力，具有較大的應用價值。

2.3 處理水體中鉻含量超標的方法

六價鉻的毒性較強，因此鉻污染對生物和環(huán)境的危害極為嚴重。六價鉻會對皮膚造成過敏反應，并且會破壞遺傳基因鏈，嚴重時會讓人體產生癌癥。六價鉻也對水生生物有著較強的致死能力，破壞生態(tài)環(huán)境，會給國家造成重大的經濟損失。鉻廢水試驗結果表明，碳基材料的吸附劑和木質素吸附劑均對六價鉻有著較好的吸附效果，選取鉻含量為60 mg/L的鉻廢水，調整鉻廢水的pH值，讓鉻廢水呈酸性，在鉻廢水中添加木質素吸附劑，吸附劑的添加量為45 g/L，保證水體溫度24～26℃，最終水體中的六價鉻去除率為91%。

人們也可以使用碳基材料的吸附劑對鉻廢水進行測試，控制鉻廢水的pH值，讓鉻廢水呈酸性，選取活性炭吸附劑，吸附劑的用量為50 g/L，因為活性炭吸附劑對溫度沒有要求，因此對水體溫度沒有過高要求，對鉻廢水進行攪拌，放置1～2 h，通過檢測儀對水體進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)水體中六價鉻的吸附率為94%。因為碳基材料制備方便，原材料價格低廉，因此其在我國重金屬廢水處理中被大量應用。

3 結語

吸附法是處理重金屬廢水的有效途徑之一，其具有顯著的處理效果。當前，人們要積極研發(fā)新型吸附劑，不斷增強吸附劑的吸附能力，提高重金屬廢水處理效果，以減少重金屬污染，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。