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吸附材料处理重金属废水的研究进展

发布日期:2022-01-11

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强的材料,其最适pH值为6,吸附达到平衡时所需时间为3h。

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3.0g/L,吸附时间为60min,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6.24mg/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。

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