吸附法处理重金属离子的研究进展[文档资料]

吸附法处理重金属离子的研究进展 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 O6 A 1009-914X（ 2014） 35-0323-01 如今，随着我国工业的迅猛发展，重金属废水大量排放，重金属的污染日益严重，且重金属在自然条件下难于降解为无害物，可通过食物链富集进入人体，从而对人体健康造成危害。如何有效治理重金属污染已成为人们共同关注的问题。重金属废水主要含有铬、镍、铜、锌、汞、锰、镉、钒及锡等有毒重金属离子，而且它的来源很广，如矿山排水、 废石场淋滤水、选矿场尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水及电解、农药、医药、油漆和染料等各种工业废水。因此，如何科学实用有效地处理重金属离子废水已经成为国内外科研工作者研究的热点之一。目前对重金属废水的处理方法主要有：化学沉淀法、氧化还原法、吸附法、电解法、电渗析法、浓缩法、生物法等。其中，吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而且不会产生二次污染，一直受到人们的青睐。本文将围绕吸附法的吸附剂种类展开论述。 1.活性炭 活性炭是用生物有机物 质（包括煤、石油、沥青等）经炭化、活化等一系列工序制成的一种无定形炭，其拥有比表面积高、孔容大、孔径分布可控、表面化学性质可调、高吸附容量、稳定的物理化学性质和高机械强度等特点和性质。因此被广泛地用作重金属离子的吸附剂。活性炭的吸附性能主要由其物理、化学性质共同决定。活性炭可根据重金属离子物理化学性质以及所处化学环境的不同，对活性炭的物理结构和表面化学性质进行有针对性的调控，以实现活性炭对工业废水中重金属离子的快速、高效吸附。活性炭是一种极优良的吸附剂，在处理中重金属废水方面主要有以下四个优点：（ 1）吸附容 量大，处理效果好；（ 2）无需添加任何氧化剂、絮凝剂等化学试剂；（ 3）对重金属离子的吸附稳定性好、选择性高；（ 4）可与难被自然界微生物降解的重金属离子一起填埋，防治再次污染水体，不存在二次污染问题。只是活性炭的价格比较贵，再生困难而且寿命短，所以限制了它的广泛使用。 2.沸石 天然沸石，是以四面体立体结构存在的铝硅酸盐，它的多孔结构特征使其具有优异的催化、离子交换和吸附性能，因而被广泛应用于石油 化工、土壤改良、废水处理等领域。其中斜发沸石的利用价值最高，它 对很多重金属离子如： Cd2+、 Cu2+、 Pb2+、 Zn2+ 等选择交换能力很强，对 Pb2+ 和 Cd2+ 的交换能力是最高的。实验结果表明，当离子浓度和沸石一定时，溶液的 PH 值越大，越有 利于吸附；溶液温度在 15 35 范围内，温度越高，沸石的吸附容量越 大。除此之外，许多研究者还发现，沸石的选择性与离子交换能力，取决于对沸石 的预处理方法。若将天然沸石经过适当改性后，进行了去除电镀废水中重金 属离子的研究与去除溶液 中 Pb2+、 Cu2+的吸附研究。结果表明：用沸石对电镀废水进行 处理时，其最佳过流速度为 4 5 m3/h，此时锌、铬 、 镍的有效去除率分别可达 80%、 60%、 40%以上，后者氢氧化钠改 性的沸石对 Pb2+、 Cu2+的吸附能力大幅增加，且吸 附速度很快，在短时间内可达到平衡。这主要是因 为氢氧化钠清除了沸石的内孔中的水分和杂质，改 变内孔中吸附的金属阳离子，从而扩大沸石的孔径 和比表面积，改善沸石对重金属离子的吸附能力。 因此可以看出经改性后的沸石对重金属离子的吸附量明显提高。 3.壳聚糖 壳聚糖是一种可以直接从节肢动物如虾、蟹和昆虫等外壳及柠檬酸发 酵的菌体的细胞壁中等多种原料中分离得到的天然碱性高分子多糖 。分布 十分广泛， 是地球上最丰富的天然高分子化合物之一。 壳聚糖因其原料丰富、廉价、无毒无味、可 生物降解、无二次污染等优点，已逐渐被广泛使用。因为壳聚糖分子内的羟基、氨基能与 Pb2+、Cr2+、 Cu2+ 等重金 属离子形成稳定的环状螯合物， 使其具有良好的吸附、 螯合作用，因此壳聚糖可作为高性能的重金属离子捕集剂。壳聚糖对 Ag+、 Zn2+、 Pb2+、 Co2+ 的配位能力随壳聚糖用量的增加，配位时间的延长而增强。不同重金属离子的配位能力 因溶液 pH 值的不同而存在明显差异。一般在酸性条 件下，吸附 容量随着 pH 值的升高而增加。总之，重金属离子的浓度、 pH 值、温度、时间 及配比等因素的变化均会影响壳聚糖对重金属离子的吸附能力。 4. 粘土矿物 粘土矿物是一种优良的天然吸附材料，其具有高比表面、高负电荷及高离子交换性能。在作为吸附材料的粘土矿物中，膨润土是研究较多的一种。它是以蒙脱石为主要矿物成分。蒙脱石是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物，其单位晶胞系由硅氧四面体和铝氧八面体按 21 组成的晶层，在晶层内存在广泛的同晶置换，使晶层中产生永久性负电荷，这样层间可通过吸引并容纳阳离子来 达到电荷平衡。独特的结构使得膨润土具有优良的离子交换和吸附性能。目前用改性膨润土处理含重金属离子的废水是科研工作者研究的热点之一。实验表明：若对膨润土进行加热改性后处理废水中的 Pb2+、 Cd2+ 和 Ni，当加热温度达到 400 时，处理效果最好，高于未改性的膨润土。而且使用过的膨润土污泥可作为制造水泥和砖的原料，从而达到循环利用的目的。又有研究表明利用改性膨润土对 Cr6+进行吸附处理， pH 值为 6 时，去除率大于 95%。当高浓度时改性膨润土甚至优于活性碳。吸附机理分为表面络合吸附和层间离子交换吸附，且以后者 占主导地位。由此可见，价格低廉的矿物材料，若能在工艺条件上加以改进，无疑可在重金属离子处理中替代价格较贵的活性炭，发挥更大的作用。 5. 生物吸附剂 生物吸附剂是包括藻类、细菌、酵母、霉菌等在内的生物体及其衍生物。因生物吸附剂是利用生物体体内特有的化学成分和结构特征来吸附重金属离子，所以生物吸附法是一项处理重金属离子废水污染的新技术，与传统技术相比，其具有以下优点：（ 1）投资少，运行费用低，无二次污染；（ 2）处理效率高，且在低浓度下，金属可以被选择性地去除；（ 3） pH 值和温度条件范围宽（ 4090 ）；（ 4）可有效地回收一些重金属。因此逐渐成为研究热点。生物吸附剂因其细胞壁及细胞壁上的官能团和酶，可吸附废水中的重金属离子。若用啤酒酵母对水溶液中 Cd2+和Cu2+进行吸附，结果表明：当 Cu2+的浓度 50mg/L 时，啤酒酵母对 Cd2+不产生吸附，对 Cu2+产生专性吸附。若用多细胞藻海带处理含 Cu2+、 Ni2+废水，结果表明在适宜的条件下，海带对 Cu2+、 Ni2+的去除率分别为 95.17%、 97.23%。若用两种曲霉 A.sojaeM146 和 A.oryzaeM149 的菌体作为吸附剂对水中的 Pb2+、 Cd2+进行去除实验，结果表明吸附的最佳 pH 为5.5，温度为 30 ，时间为 1h。在最佳实验条件下，A.sojaeM146 对 Pb2+和 Cd2+吸附率分别为 69.76%和 72.28%；A.oryzaeM149 对 Pb2+和 Cd2+吸附率分别为 60.64%和81.34%。对生物吸附剂进行化学改性以达到较好的吸附效果是许多研究者所追求的，例如用改性海带作为吸附剂，研究了改性海带对铜离子的吸附性能，结果表明：氢氧化钠处理后的海带对铜离子的吸附量达到 88.0mg/g，吸附量比改性前增加两倍多。 展望：吸附法作为一种重 要的吸附重金属离子的方法，其具有高效、简便和选择性好等优点。但目前工业上使用的吸附剂普遍价格昂贵，因此开发廉价、 高效率、无污染、可再次利用的吸附剂将是重金属离子吸附研究的主要方向。目前吸附剂可以通过物理、化学等方法对现有吸附剂进行改性，以增强吸附剂对重金属离子的选择吸附性；应加强对生物吸附剂的开发研究，生物吸附剂具有品种多、来源广泛、价格便宜、操作简单、吸