水中鉻吸附法在水處理技術(shù)中的應用現(xiàn)狀及其進展

【摘 要】鉻作為水質(zhì)檢驗以及廢水檢驗控制中的重要污染物之一，在眾多的水中除鉻方法中，以吸附法最為高效便捷，水中鉻吸附法在水處理技術(shù)中被廣泛關注。本文主要針對吸附法常用且有較好應用前景的吸附劑材料除鉻的研究現(xiàn)狀以及當前最新材料技術(shù)進展情況進行論述，具體探討各類吸附劑的材料結(jié)構(gòu)、使用性能以及除鉻效果，并對未來水中鉻吸附方法及其技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望。

【關鍵詞】吸附法 鉻 吸附劑 性能 除鉻效果

一、鉻-金屬元素的危害及其在水中的存在形態(tài)

鉻——金屬元素對于動物以及人體都會產(chǎn)生一定的有毒害作用，在我國地質(zhì)地殼中的儲量位列于第十位，其主要通過三種氧化態(tài)形式存在（+2價、+3價、+6價），其中三價鉻（Cr（III）） 和六價鉻（Cr（VI））可以長期存在于在水中，并且在一定的條件下還可以進行相互轉(zhuǎn)化。當前學界普遍認為，Cr（III）對于人體的危害較小，而Cr（VI）能夠?qū)θ梭w造成較大的危害，輕則引起人導致皮膚過敏現(xiàn)象、重則致使人體出現(xiàn)遺傳性基因缺陷等疾病， Cr（VI）具有較強的氧化能力以及轉(zhuǎn)移能力改元素對于生態(tài)環(huán)境以及人類身體健康造成了嚴重的威脅。

通常Cr（III） 在水中以陽離子形式存在，由于不同的水溶液的pH值不同，Cr（III）就可以水解成不同的單核或者多核形態(tài)物質(zhì)存在于水中；而Cr（VI）則以酸根陰離子形式存在于水中，同樣，在不同pH值以及濃度條件下，Cr（VI）可通過水解反應生成CrO/、HCrCV和Cr2^2-三種形態(tài)。當前工業(yè)生產(chǎn)中，特別是基于石油、造紙以及鋼鐵行業(yè)而言，對鉻需求和應用最為廣泛，這也造成了更多的含鉻的廢水排放，造成大面積的水體污染。 為此，如何對含鉻水以及工業(yè)含鉻廢水進行除鉻就成為了當前主要的熱點問題。在眾多的方法中吸附法成為近年來被廣泛關注的熱點之一。由于其能夠適應不同的水質(zhì)以及水量變化條件下進行吸附作業(yè)，并且操作便捷、成本較低，吸附效果較好不宜產(chǎn)生鉻再生。吸附法除鉻已成為當前應用最為有效且應用較為廣泛的一種除鉻方法

二、吸附法除鉻中常見的吸附劑材料

（一）礦物質(zhì)吸附劑。礦物質(zhì)主要包括：石英砂、沸石、蒙脫石、蛭石等廣泛存在于自然環(huán)境中，一般具有較大的比表面積，在通常的pH范圍內(nèi)，會對水中的金屬離子能夠具備較為理想的吸附能力，其原理就是通過這些物質(zhì)表面的官能團利用離子交換以及絡合作用對水中污染物的吸附和去除。

（二）金屬氧化物質(zhì)吸附劑。金屬氧化物作為近幾年來關注較多的一種吸附劑使用材料。其最為常見的幾種物質(zhì)有：鋁氧化物、鐵氧化物、鋯氧化物和鈦氧化物等。這些氧化物擁有較多的活性位點一級自身獨特的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，在水質(zhì)治污中顯示出其強大的應用潛力。加之，這些金屬氧化物由于具備綠色高效的特點被廣泛作用于飲用水處理行業(yè)中，對于水質(zhì)除污的效果較為理想，另外，由于這些物質(zhì)綠色高效同時也能夠很好的被進行工藝制備，從而能夠廣泛的作用于實現(xiàn)治污工程的應用。

（三）水滑石類吸附劑。水滑石類吸附劑通常也被稱為“層狀雙金屬氫氧化物吸附劑（LDHs）”，其結(jié)構(gòu)存在為一種納米陰離子粘土，廣泛存在于自然界中，在實際應用用進行人工合成也較為經(jīng)濟、簡單。水滑石類吸附劑的材料結(jié)構(gòu)為比較典型的八面體，主要通過帶正電荷的金屬氫氧化物層一級帶負電荷的層間陰離子構(gòu)成，其作用原理是使用其層狀結(jié)構(gòu)中的陰離子的嵌入平衡了正電荷，致使層間結(jié)合力表現(xiàn)較弱，因而能夠?qū)λ杏袡C物以及水中的無機陰離子都有比較好的吸附效果。

（四）炭類吸附劑。根據(jù)當前實際應用來看，炭類吸附劑材料主要包括：活性炭和碳納米管兩種?；钚蕴坎牧鲜亲钤绫蛔饔糜谒幚砑夹g(shù)中的一種吸附劑，而碳納米管主要由20世紀90年代開始被研究和使用，至今只有20多年的應用歷史，但其因?qū)λ|(zhì)中的某些特定的污染物具有較強的吸附能力，也被業(yè)界以技術(shù)處理技術(shù)領域中在近年來被廣泛關注。

1.活性炭。活性炭作為一種黑色的無定形碳，分為粉末炭或顆粒炭，由于其具有較為發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積，是當前水處理中較為常用的一種吸附劑材料?；钚蕴孔饔糜谒蠧r（VI）的去除，其主要機理概括起來主要有：還原作用、沉積作用以及靜電引力或絡合作用?；钚蕴繉τ趯τ谒械你t、鉛等物都能有較為理想的去除效果特別是對于水中六價鉻而言，能夠起到很好去除作用。

2.碳納米管。碳納米管（CNTs）從結(jié)構(gòu)上來看，通常直徑達2～20mm，其比表面積通常在15～400m2/g，碳納米管材料因其具備特殊的納米管狀微觀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中的孔隙結(jié)構(gòu)非常豐富，對于水中的鉻以及其它有機物和金屬離子都具有將強的吸附性能，成為近年來在水處理領域應用比較廣泛的一種吸附材料。

（五）樹脂類吸附劑。離子交換樹脂為半透明或者不透明的球狀顆粒（粒徑通常達0.3～1.2 mm），在水處理領域應用也較為廣泛。由于離子交換樹脂具有較強的理化性能以及具備豐富的離子交換基團，其原理就是借助其含有的可交換離子和水中的離子進行交換反應而去除水中的污染物離子。

三、結(jié)語與展望

目前，各種吸附劑在水處理中的吸附使用都有相對理想的效果。特別是礦物、金屬氧化物、樹脂和活性炭等，而碳納米管則相對處于比較初期的階段，且價格相對較高，但最為21世紀比較有代表的納米材料，在水處理領域?qū)⒂懈鼮閺V闊的應用范疇和空間?？偟膩碚f，吸附法作用于水質(zhì)中的鉻的去除是一個相對新穎的領域，但這些吸附劑使用材料已經(jīng)凸顯出在去除水質(zhì)中的鉻方面的應用效果。在未來的應用以及研究中，還應重點關注幾個方面：

（一）就是吸附劑的使用效能方面，應側(cè)重開發(fā)一些成本更低的吸附劑，特別是要開發(fā)一些更為優(yōu)良的吸附劑來提升水處理過程中的吸附能力以及吸附速率；為此，建議可選用一些有機物質(zhì)或者無機物改劑改進和強化對鉻的吸附能力；

（二）就是吸附劑在污水工程應用方面，應結(jié)合因地制宜的原則開發(fā)更多相對原地殼中金屬氧化物用作吸附劑的制備，如對于修復鉻污染水體時，就可以可以采用原位制備和投加吸附劑的方法，當前，基于原位制備和投加吸附劑的相關研究相對較少，為此，應強化該方法對地下水、地表水以及工業(yè)廢水中的應用當；

（三）就是吸附劑的再生回收利用方面，應強化對其吸附劑再生方法的探討和研究，從而確保有效實現(xiàn)吸附劑的多次再生利用率。

參考文獻：

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