毕业设计（论文）-多种材料吸附祛除重金属离子的效果对比.doc

大连工业大学 2009届 本科生毕业论文大连工业大学本科毕业论文多种材料吸附祛除重金属离子的效果对比Contrast the effect of a variety of materials to remove heavy metal ions设计（论文）完成日期 20 年 月 日学 院： 轻工与化学工程学院 专 业： 环境工程 学 生 姓 名： 王艺霖 班 级 学 号： 环工091-03 指 导 教 师： 薛文平 教授 评 阅 教 师： 年 月摘 要含有重金属的废水对人类的生活环境造成了巨大的危害，重金属离子随废水排出，即使浓度很小，也能造成公害，严重污染环境，影响人们的健康。所以，研究如何降低废水中重金属的含量，减轻重金属对环境的污染具有重大意义。目前国内处理废水的传统方法是化学沉淀法，但要消耗大量的化学试剂，达标排放比较困难；离子交换法、活性炭吸附等方法的效果较好，但处理成本较高。利用生物材料吸附法处理重金属废水是近年来发展起来的一种方法，尤其适用于处理低浓度重金属废水，该方法具有吸附剂的原材料来源丰富、吸附效果好等优点。这些材料价格低廉，容易得到。本论文以花生壳、柑橘皮和炭纤维这3种废弃物作为生物吸附剂，进行了吸附祛除含重金属废水的试验研究。其中花生壳是我国一种产量较大的农业废弃物，我国是花生生产大国，年产花生近1500万t，每年副产花生壳约500万t，而花生大多是采用机械剥壳，所以花生壳容易收集。柑橘皮是柑橘加工过程中的一种废料，价廉易得。此外活性炭纤维的是常采用的吸附剂，因此用来作对比实验的。本论文先研究了溶液pH值、初始Cu2+离子浓度、吸附时间、材料炭化温度、材料改性这几方面对选用的三种材料吸附效果的影响，从而得到每种材料的最佳吸附条件，进而对比三种材料的吸附效果。研究结果表明，pH值的改变对吸附效果影响最大，每种材料在各自最佳吸附条件下对Cu2+的吸附量不同，吸附效果柑橘皮强于花生壳强于炭纤维。根据实验数据也能得到：柑橘皮、花生壳、炭纤维对废水中重金属离子均有祛除作用。关键词：柑橘皮;花生壳;炭纤维;生物材料吸附AbstractWastewater containing heavy metals on human living environment caused great harm with wastewater, heavy metal ions, even if the concentration is very small, it can cause pollution, serious pollution of the environment affect peoples health. Therefore, the study of how to reduce the content of heavy metals in waste water, reducing heavy metal pollution of the environment is of great significance. In recent years, the traditional wastewater treatment methods such as chemical precipitation, is the more commonly used methods, but to consume large amounts of chemical reagents, difficult to meet emissions standards; Ion exchange, activated carbon adsorption method is better, but the higher cost of processing. Wastewater Treatment with the use of biological material assay is a method developed in recent years, especially for dealing with low concentrations of heavy metals in wastewater. In addition, the method has an advantage of a rich source of raw materials adsorbent, the adsorption effect, etc. These materials are inexpensive and easy to obtain.In this thesis, three kinds of waste peanut shells, orange peel and carbon fiber as a biological adsorbent, carrying out an experimental study on adsorption get rid of waste water containing heavy metals. Peanut shell is a large amount of agricultural waste in China, China is a peanut-producing countries, with an annual output of peanuts nearly 15 million tons, about 500 million tons annually byproduct of peanut shells, peanuts are mechanical Sheller, peanut shells easy to collect. Citrus peel is citrus processing waste, cheap and easy to get. In addition, the activated carbon fiber is the often used adsorbent, so it used for the comparative experiments. In this thesis the solution pH, initial Cu ion concentration, adsorption time, material carbonization temperature, materials modified these aspects, adsorption of Cu ions, and then compare these materials adsorption effect. And to study the optimum adsorption conditions for each materials and then compare the three materials adsorption effect. The results showed that in experimental conditions existing circumstances, each material in the respective optimum adsorption conditions have different adsorption amount to Cu2 + solution, the adsorption effect citrus peel stronger than peanut shell stronger than carbon fiber. According to the experimental data can also be obtained: the change of pH on the adsorption has the greatest impact. Citrus peel, peanut shells, carbon fiber are able to eliminate the heavy metal ions in wastewater.Keyword: Citrus peel；Peanut shells；Carbon fiber；Biological material adsorption目 录9摘 要2Abstract3第一章 绪 论21.1 含重金属离子废水危害及处理现状21.1.1 重金属离子的来源及危害21.1.2含铜离子废水的危害及治理方法21.1.3生物质吸附技术概况41.2 炭化花生壳祛除吸附重金属离子废水的概况61.2.1 炭化花生壳吸附祛除废水中重金属离子的性能61.2.2 炭化花生壳吸附祛除废水中重金属离子的国内外发展状况71.3 炭化柑橘皮祛除吸附重金属离子废水的概况71.3.1 炭化柑橘皮吸附祛除废水中重金属离子的性能81.3.2 炭化柑橘皮吸附祛除废水中重金属离子的国内外发展状况81.4 活性炭纤维祛除吸附重金属离子废水的概况101.4.1 活性炭纤维吸附祛除废水中重金属离子的性能101.4.2 活性炭纤维吸附祛除废水中重金属离子的国内外发展状况101.5 本文研究的目的及意义11第二章 实验部分122.1 实验仪器及药品122.1.1 实验仪器122.1.2 实验药品132.1.3 仪器分析142.1.3.1 基本工作原理142.1.3.2 仪器的调试与使用142.2 实验过程152.2.1 实验材料152.2.2 炭化花生壳的最佳祛除效果研究实验152.2.3 柑橘皮的最佳祛除效果研究实验162.2.4 活性炭纤维的最佳祛除效果研究实验172.2.5 Cu2+溶液的配制与浓度测定182.2.6 实验仪器设备21第三章 实验结果与讨论253.1 pH值对重金属离子祛除吸附效果的影响253.2 吸附时间对重金属离子祛除吸附效果的影响273.3 Cu2+初始浓度对重金属离子吸附效果的影响293.4 不同炭化温度对材料吸附重金属离子效果对比323.5 改性材料和未改性材料对Cu2+的吸附效果对比343.6 最佳条件下三种材料对Cu2+的吸附效果对比35第四章 结 论37参考文献39致谢42第一章 绪 论1.1 含重金属离子废水危害及处理现状1.1.1 重金属离子的来源及危害随着城市化和现代工业化的发展进程的加剧，环境问题已成为全球关注的焦点问题了，其中重金属污染是一个极其重要的环境保护问题。在环境污染方面所说的重金属主要指铬、镉、汞、铅以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。污水综合排放标准将排放的污染物按其性质及控制方式分成两大类，其中第一类污染物一般是指在环境或动植物体内积累，对人体产生长远的不良影响的物质，常见的有汞、镉、铬、砷、铅、镍和苯异（a）花。第二类污染物的长远影响小于第一类污染物。重金属元素通常由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染。通常这些重金属元素主要来源于采矿过程的废水、炼铁过程的废水、金属加工过程的废水以及电镀过程的废水。重金属污染物进入环境后不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成百上千倍地富集积累，参与食物链循环，最后进入人体。然后重金属在人体内能和蛋白质及酶等物质发生强烈的相互作用，使它们失去活性，破坏生物体的正常生理代谢活动也可能在人体的某些器官中积累，进而危害人体健康，造成慢性中毒。重金属离子废水污染物已成为当今世界三大水环境污染方式之一。所以说为保证经济可持续发展，创造生态文明环境，有必要对重金属离子的废水进行控制研究1。1.1.2含铜离子废水的危害及治理方法由于冶金、电子工业等兴起,会有大量的电镀废水、印刷电路板生产过程的碱氨蚀刻废液和铜粉洗涤废水产生，这些废水虽具有一定的经济价值，但给人和环境带来了众多的危害。已有相关研究表明，作为人体所必须存在的有益元素，铜虽然是人体必需元素，本身毒性也较小，并参与了人体中许多重要的生理作用和代谢过程，但流行病学的研究结果已表明：如果人体摄入过量的铜，会使得癌症的发病率大大增高，还会引起人类的生理疾病，刺激消化系统2。铜对农作物和低等生物的毒性也较大:对鱼类,达0.10.2mg/L即可致死;对农作物，铜是重金属中毒性最高的，它以离子的形式固定于根部，影响养分吸收机能，使农作物有发生病害的危险。当土壤中含铜量为20mg/kg时，小麦会枯死；达到200mg/kg时，水稻会枯死。用含铜的废水灌溉农田，将使农作物受害，大大影响农作物的生长。氨蚀刻废液中的铜离子超标1416万倍，对水、土均会产生严重污染。当水中含铜0.01 mg/L时，水的生化耗氧过程会受到抑制，水体自净会有明显的影响；超过3.0 mg/L时水体会产生。水体中的铜元素不但不能被微生物分解，相反生物体能够使它富集，并把它转化为毒性更大的重金属有机化合物，然后很容易通过水体系进入人体。由于铜与人体中某些组织的亲和力非常大，结合后会抑制酶的活性，从而对人体发生毒害的作用。当前，国外开始逐渐重视利用廉价的农副产品作为吸附剂来治理工业废水中的重金属离子。研究得知当溶液中的金属离子的浓度低于100mg/L时，化学方法处理可能比较困难且费用偏高，而生物吸附法更为有效，所以含铜废水在排放前如能回收利用，则不仅可解决铜对环境的污染问题，而且节约资源，能产生一定的经济效果。目前国内外处理含铜废水的方法主要有化学法、物化法及生物法。各种资料显示生物材料法处理技术具备简单、高效、无二次污染等优点,在有效解决生物体颗粒化、固定化、更强的吸附及整治修复能力的条件下,生物法处理技术已有望成为工业化处理含铜废水最有效可行的方法之一. 因此，此次论文只要是对比研究几种材料通过生物材料法吸附祛除含重金属离子废水的效果。化学法是大多数重金属和铜的常规处理方法，即在碱性条件下使其形成不溶性的氢氧化物，一般酸性含铜废水经调整pH值后，再经沉淀过滤，变能达到出水含铜浓度0.5mg/L。化学沉淀法主要分为石灰法和硫化物沉淀法。工业上处理含铜等重金属离子酸性废水应用较广的一种方法是石灰法。石灰法能除去废水中大部分的铜等重金属离子，且方法简单，处理工艺成本低、处理效果又好，但处理后的净化水有较高的pH值及钙硬度，这使得净化水有严重的结垢倾向，所以必须采用合适的水质的稳定措施来进行阻垢后才能实现回用。硫化物沉淀法的原理是利用入加CaS和H2S等试剂与重金属形成比较稳定的硫化沉淀物，从而达到去除重金属的目的的一种方法。此法用于常规的中和沉淀法，可以解决一些弱络合态重金属不达标的问题，硫化铜的溶解度没有氢氧化铜的溶解度高，而且反应pH值范围较宽，硫化物还能够使部分铜离子络合物沉淀，所以分流处理就不需要了。然而硫化物沉淀细小，不易沉降，这就限制了它的应用研究，例如说它无法处理含铜络合物的废水。总的来说化学法处理含铜电镀废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、适应性强、管理方便、自动化程度高等众多优点；不足之处是会产生含重金属污泥，倘若这些污泥没有得到妥善的处理还会产生二次污染，所以说用化学法处理含铜废水，首先必须破除络合剂，使铜以离子形式存在于要处理的废水中，否则会形成铜络合物，而处理后的出水铜含量依然很高。然后就是固液分离效果对出水铜含量效果影响较大。电解法作为一种较为成熟的水处理技术，已被广泛应用于处理印染废水、制药废水、制革废水等的废水处理上。电解法基本原理是当电流通过电解质溶液时，溶液中的阳离子产生离子迁移和电极反应，即废水中的阳离子向阴离子迁移，并在阴极上产生还原反应，使金属沉积。在对含铜废水进行电解时，Cu2+向阴极迁移并在电极表面析出，从而达到有效降低体系中的Cu2+的目的。电解法处理含铜废水不仅在理论上较为成熟而且平板电极电解槽、流态化电解槽等处理装置均在生产实际中均达到成熟标准得到广泛应用。电解法流程简单，占地面积小，在处理含铜废水时，可在阴极上回收铜。处理废水可自动控制、污泥量少，对含铜浓度的范围适应较广，尤其对浓度较高的废水有一定的经济效益，但低浓度时电流效率较低。电化学法处理含铜废水主要用于硫酸铜镀铜废水等酸性介质的含铜废水，近年来通过一系列研究，此法已能用于氰化镀铜、焦磷酸镀铜的废水处理3-4。电解法的优缺点是：在处理含铜废水时能直接回收金属铜，处理设备投资和经营费用均不高，管理操作简单，但在处理低浓度废水时电流效率较低。膜分离法是利用高分子所具有的选择性来进行物质分离技术，包括反渗透、膜萃取、电渗析、超过率等。最初电渗析法在废水处理中是用铁屑经氧化还原反应从废水中回收铜。而处理工业废水通常选用超滤、反渗透和两者的结合技术，膜法处理工业废水的关键是根据分离条件选择适合的膜。反渗透法就是利用半透膜或离子交换膜等膜材料，在外加推动力下，使废水的溶解物和水分离浓缩，以达到净化废水的目的。利用反渗透膜分离技术对含铜电镀废水的处理的报道已有很多，用反渗透处理焦磷酸铜、酸性铜及铜氰电镀漂洗的方法已成功获得试用，截留率均在99%以上。该方法对含铜络合物的电镀废水处理效果不错，部分已应用于工业，并与其它水处理技术联用，效果显著。离子交换法是利用离子交换树脂和其他材料对废水中阴阳离子的选择性交换作用来处理废水分方法，树脂性能对重金属的去除有较大的影响。从废水中去除金属离子，常用的是磺酸型阳离子交换树脂，它具有强电解质的性质，对各种金属都有比较高的交换量。离子交换法是一种重要的电镀废水处理方法，它具有去除铜效果较好，处理量大，设备不复杂，交换过程也很简单，出水水质好，可回收水和重金属资源，尤其是对低浓度废水，可做到浓缩回收CuEDTA和游离EDTA的优点。但是它的缺点是树脂交换容量有限、树脂成本较高，树脂易受氧化或者污染而失效，再生频繁，操作费用高。离子螯合法是将重金属螯合剂直接投加到废水中，使重金属螯合剂去捕集金属离子，从而形成螯合物。该方法形成的螯合物稳定性高，污泥沉淀快，且富集效果不受碱金属与碱土金属共存的影响，也不受pH值改变的影响。其不足之处与化学沉淀法相似，最终会产生含重金属污泥，若处理不当，会产生二次污染。1.1.3生物质吸附技术概况当今世界发展，为了节约成本和环境保护的需要，对农作物生物质的研究越来越多。将一些农作废弃物作为生物吸附剂，已引起人们的日益关注5。农作物具有成本低、不需要再生的特点，采用氧化的方法可回收重金属和热能；有较高的化学活性，容易产生高浓度的吸附金属离子的活性基团，更容易发生化学改性；比纤维材料更加容易交联，不易溶于水。这些性质都能够说明，农作废弃物用于重金属废水处理具有潜在可能性和优势6。吸附是在相界面上，物质的浓度自动发生富集或积累。在废水处理中，主要是利用多孔性的固体物质表面对废水中的一种或多种物质进行吸附。吸附质是在废水中被吸附的物质，吸附剂是具有吸附能力的多孔性的物质。吸附分为物理吸附和化学吸附两种，这两种类型并不是孤立的，往往相伴发生。在水处理中，大部分的吸附是几种吸附综合作用的结果。吸附法是利用材料的物理吸附和化学吸附等作用去除废水中有害物质。该法应用广泛，活性炭、沸石分子筛、粉煤灰、矿物等对铜离子的吸附作用及应用均有过报道。利用固体表面分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面活性能，当水中的铜离子碰撞固体表面时，受到这些不平衡的吸引力而停留在固体表面上。这些吸引力主要是溶质与固体表面的亲和力、溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力。吸附过程结束后，吸附剂经过一定处理可以解吸并可以重复利用，吸附及洗脱的铜离子可以回收利用。活性炭吸附法是最常用的一种含铜废水处理技术，活性炭处理含铜废水必须控制好溶液的pH，才能达到较好的结果；同时实际应用中也要考虑其再生成本较高的缺点。也有研究表明，采用含有磷酸盐的土壤作为二次吸附剂处理含铜废水取得了较好的效果，而再生过程中洗脱液中铜离子浓度较高，且洗脱液的成分单一，有利于铜的二次资源化利用。沸石和海泡石等，经过预处理后均可以用于吸附金属离子。由于沸石分子具有独特的结构，使其成为目前国内外研究处理含铜废水常用的吸附剂。吸附法处理含铜废水，吸附剂来源广泛，成本低，操作方便，吸附效果好，但吸附剂的使用寿命短，再生困难，难以回收铜离子。 生物吸附法最早Ruchhoft提出，通过活性污泥为吸附剂来去除废水中的Pu7。此后，生物吸附重金属作为一个新兴的研究领域，国外从20世纪80年代开始这方面的研究，90年代发展较快；引起人们的广泛关注，生物吸附的研究就变得十分活跃。生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶离子转化为不溶性化合物而去除。生物材料吸附法作为一种新兴的处理重金属离子废水的方法，能应用于环境治理方面，尽管国内近些年对生物吸附研究较多，生物材料吸附重金属在工业上的应用研究还是空白，且其应用距工业化仍有很大差距。生物材料吸附一般仅指非活性微生物的吸附作用。生物细胞吸收金属的方式有两种过程：一是活细胞体的主动吸收，另一种是通过细胞壁上或是细胞内的化学基团与金属螫合而进行被动吸收。前者是生化反应，而后者则是采用物理化学吸附原理。前者可以采用活性菌种（如活性污泥）对金属离子废水进行处理，属于生物处理。后者则采用藻类、菌种或是植物，通过物理、化学吸附或是通过沉降、晶体化作用沉积于细胞表面，不包括生物的新陈代谢和物质的主动运输过程，属于生物吸附过程8 。生物吸附技术是近年发展起来的一种有效的处理低浓度重金属离子废水的生物处理技术。生物吸附用生物材料吸附水溶液中的重金属或非金属物质，与非生物处理方法相比，生物吸附法的原材料来源广阔，品类多，成本价格低，吸附的设备简单又易操作且具有吸附量大、速度快等特点。生物材料吸附法的众多优点，使其在去除水中重金属离子方面有广阔的应用前景。具体来说，与传统的处理方法相比，生物吸附法具有以下优点：（1）消耗少、费用低、管理容易、节能、处理效率高；（2）在低浓度下，金属可以被选择性的去除；（3）操作时的pH值和温度条件范围宽；（4）易于分离回收重金属；（5）生物材料吸附剂易再生利用。9综上可知，生物材料的来源方便，费用低，选择性好，对大量存在的轻金属离子等不吸附或弱吸附的这些特点，使其在“修复”受重金属污染的水体方面有广阔的应用前景，尤其是对于重金属含量在100mg/L以下的水体，采用其他方法去除金属离子，处理困难或费用较高。已有研究表明，许多废弃物是很有效的生物吸附剂，例如玉米棒、坚果壳、树皮、炭纤维和树皮等10。因此本论文利用生物材料：花生壳、柑橘皮、炭纤维吸附祛除含铜离子废水。1.2 炭化花生壳祛除吸附重金属离子废水的概况活性炭早已广泛应用于食品加工、交通能源、医疗卫生、化学工业、国防、农业等领域，以及人类生活和环境保护等各个方面，因为它是一种良好的吸附剂及催化剂载体。美国环保署饮用水的64项有机污染物指标标准中，活性炭被列为最有效技术（BAT）的有51项。随着国民经济和科学技术的进步和发展，特别是近年来各国都加强了对环境的保护和治理力度，这对推动活性炭的开发和研究都是有利的，已涌现出了许多具有特殊功能的新型活性炭产品，其应用领域也不断扩大，活性炭新型材料已显示出了良好的发展前景。根据国际应用化学联合会和纯粹化学的定义，活性炭是指在炭化前、炭化时、炭化后经与化学药品或气体作用来增加吸附性能的多孔炭。活性炭是一种具有极大比表面积和高度发达孔隙结构的多孔碳材料，主要的组成是元素C，同时也含有H、O、N、S等元素，以及无机矿物质等。吸附法的优点是简便、实用有效，也因此得到较多研究和广泛应用，但由于常用的吸附剂活性炭相对价格较高，再生过程中会有损失等问题，研究发展低价高效的吸附材料已成为热点。1.2.1 炭化花生壳吸附祛除废水中重金属离子的性能我国是农业大国，花生壳的来源丰富，价格便宜，若开发利用不够，这将造成极大浪费。所以应努力发展花生壳等农副产品制备成廉价的生物材料吸附剂，用于去除溶液中重金属离子这一方向，对减少废物的排放和资源的浪费，有着极为显著地经济、环境和社会效益。我国花生的产量约占世界总产量的1/3，在花生的加工过程中产生的副产品也就是花生壳每年约180万吨。花生壳中含有蛋白质4%7%、粗脂肪1%2%、碳水化物10.6%21.2%、淀粉0.7%、半纤维素10.1%、粗纤维素65.7%79.3%、灰分1.9%4.6%；从化学元素的角度来看，花生壳除碳、氢、氧外，主要含有氮、磷、钾、钙、镁、锰、锌等元素，这些为花生壳的改性和利用提供了物质基础。此外纤维素在花生壳结构中占到34%45%，纤维含量达到了6070%，纤维中含有大量的羟基、羧基、部分游离羟基、游离的氨基酸和游离木质酚、焦性没食子酸和间苯三酚等多元酚，矿物质，脂肪类，以及一些醛、酮、醇、酯，这些官能团都能与金属离子进行表面络合作用，具有较高的吸附性能12。因此广大科研工作者对花生壳的综合利用进行了广泛的研究，如在实验室阶段提取花生壳中的天然抗氧化成分、制取膳食纤维、提取菲汀、制取糠醛等。在我国农村中早有用花生壳截堵污水口以获取较为干净水的做法，可见花生壳可用作污水净化处理剂，因此通过改良可得到较为理想的改性花生壳水处理剂。1.2.2 炭化花生壳吸附祛除废水中重金属离子的国内外发展状况国内外学者研究了花生壳对水溶液中铜离子的吸附特性，在恒定的pH值下，使用Langmuir模型和Freundlich模型描述花生壳度Cu2+离子的吸附特性。还有用平衡吸附法，研究了pH、时间及温度对花生壳吸附水溶液中Cu2+的影响，并用动力学和热力学加以解释说明。亦有分别使用废弃物木屑和花生壳作为吸附剂，进行了吸附祛除水中Cr3+的试验，研究了各因素对着两种吸附剂祛除Cr3+作用的影响，并对吸附曲线作了线性拟合。使用改性花生壳对重金属离子的吸附特性有许多研究，以花生壳为原料，分别采用柠檬酸、甲醛为改性剂，制备改性花生壳吸附剂，并研究其对金属离子的吸附性能与吸附机理。通过改性，可以保持花生壳中的有效成分，阻断有色物质的溶出。翟建平（2007）13花生壳的酸性甲醛改性对重金属离子的吸附有较大影响。改性过程使花生壳中一些含有羟基、羧基、芳香环、CO和COC键的混合物被脱除。改性后花生壳的等电点略有升高，改性还有利于增加重金属离子在花生壳内孔中的传质速率,从而使吸附达到平衡的时间略有减少。张玉军（2010）14利用环氧氯丙烷对花生壳改性制备吸附剂,并用其吸附水溶液中Cu2+。实验结果显示,改性后的花生壳比未改性的花生壳的吸附率提高36.4%。唐志华（2009）15研究以花生壳为原料，通过酸性甲醛溶液对花生壳进行改性。利用离子交换的原理,考察了反应时间、处理剂加入量、pH值及反应温度对酸性废水中重金属离子吸附性能的影响。1.3 炭化柑橘皮祛除吸附重金属离子废水的概况1.3.1 炭化柑橘皮吸附祛除废水中重金属离子的性能柑橘加工后大约一半的废弃物是柑橘皮，将这些废弃物综合利用既可充分利用柑橘的价值又能减缓对环境的污染,这为利用柑橘皮作为原料来制成吸附剂提供了方便和可能。柑橘皮的主要成分是纤维素、半纤维素、果胶、木质素、水分，其吸附机制主要是物理吸附和化学吸附。其中物理吸附是被动吸附模式，其特征是：在吸附的过程中是不需要消耗能量的，它是主要通过细胞壁官能团与重金属离子以及微量难降解有机物分子之间的范德华力、静电作用力和毛细力等作用所进行的生物吸附16-17；而化学吸附是主动吸附模式，其特征是：此吸附过程是一个依赖于活体新陈代谢的过程，需要消耗能量，主要是通过细胞壁官能团与微量难降解重金属离子以及有机物分子之间形成化学吸附键或细胞内的酶促作用所进行的生物转运、生物沉淀和生物积累18。通常多分子层的吸附发生在物理吸附过程中,而单分子层吸附发生在化学吸附过程中。从物理结构上来讲，柑橘皮孔隙度较高，比表面积较大，可以与金属离子发生物理吸附，同时，柑橘皮中还含有较多的活性物质，如-COOH、-OH、-NH2等，这些物质能通过离子交换、螯合等方式来吸附金属离子。有学者在研究改性后的橘子皮对水溶液中重金属离子的吸附时，发现吸附后，溶液的pH降低，说明重金属离子与橘子皮高分子表面上的H+发生了交换，但是离子交换并非主要吸附机理，许多研究者试图找出释放的这些离子与吸附的金属离子之间定量的交换关系，但并未得到理想的结果。因此，橘子皮作为生物材料吸附剂吸附金属离子的过程中可能存在一种作用方式，也可能是几种机理同时作用19。已有实验数据结果表明：在所研究的浓度中，橘子皮有保留水溶液中Cr3 +，Cd2 +和Co2+离子的能力。所以柑橘皮活性炭有祛除水溶液中的重金属离子的性能。1.3.2 炭化柑橘皮吸附祛除废水中重金属离子的国内外发展状况柑橘皮具有独特的化学成分，而且来源丰富又可再生，成本较低效率又高，这使得利用炭化柑橘皮处理污水中的重金属离子成为一种前景广阔的创新技术，成为处理有毒重金属离子的一个良好选择。很多的研究表明，将柑橘皮生物废料作为环境友好型吸附材料，对重金属工业污水处理是很有效的。柑橘皮是柑橘的废弃物，将这些废弃物综合利用既能充分利用它的价值又能减缓环境污染问题，这使得许多研究者都用柑橘皮作为生物材料吸附剂，用它处理重金属污染的水体的例子有很多。冯宁川20通过甲基丙烯酸、表氯醇、硝酸铵接枝交联化学改性橘子皮制成生物材料吸附剂对Cu2+进行吸附，实验结果得知柑橘皮的最大吸附量可达289.0mg/g，达到未改性柑橘皮吸附量的6.5倍。说明柑橘皮经过改性处理后，化学稳定性会得到提高，吸附能力增强，是具有良好性能的Cu2+吸附剂。梁莎21通过黄酸盐来对柑橘皮进行改性来研究它对Pb2+的吸附效果，通过实验得到它的最大吸附量可达204.50mg/g，比未处理的柑橘皮吸附量增加了150%。Silke22通过将柑橘皮质子化后对进行吸附试验，结果表明在浓度为300 mg/L Pb2+的溶液中，用质子化的柑橘皮吸附后，Pb2+的浓度变为30mg/L。李小敏23研究了通过不同的碱和酸改性橘子皮纤维素作为吸附剂，分别对重金属溶液铬、锌、钴、镍四种金属进行吸附试验。结果表明改性的吸附剂对Ni2+、C