大孔吸附樹(shù)脂在環(huán)境中的應(yīng)用研究

胡建國(guó)，朱根華，嚴(yán)志宏，袁　恩，熊耀坤

（江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西　南昌　330004）

大孔吸附樹(shù)脂在環(huán)境中的應(yīng)用研究

胡建國(guó)，朱根華，嚴(yán)志宏，袁恩，熊耀坤

（江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西南昌330004）

大孔吸附樹(shù)脂是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種具有多孔立體結(jié)構(gòu)的聚合物吸附劑。因其具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)、大的比表面積、高的吸附容量、好的選擇性以及快的吸附速度等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在環(huán)境方面，具有潛在的應(yīng)用前景。本文主要綜述了大孔吸附樹(shù)脂的特性、分類和吸附機(jī)理，以及其應(yīng)用在廢水處理、廢氣吸收、農(nóng)藥吸附和重金屬離子吸附等環(huán)境領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

大孔吸附樹(shù)脂；吸附；環(huán)境；應(yīng)用

近年來(lái)，由于傳統(tǒng)吸附劑如活性炭，活性褐煤、石英砂、粘土和沸石等常規(guī)的吸附材料大多存在吸附容量低、再生性能和選擇性差的缺點(diǎn)和不足，嚴(yán)重阻礙了其在工業(yè)上進(jìn)一步推廣應(yīng)用［1,2］。然而，隨著功能高分子材料的迅猛發(fā)展，大孔吸附樹(shù)脂作為一種新型吸附材料引起了廣泛關(guān)注，其相關(guān)的合成和功能化也在深入地研究［3］。其作為一種有效的廣泛用于吸附凈化水質(zhì)的吸附劑，有著較高的吸附量、比表面積和穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。大孔吸附樹(shù)脂的主要優(yōu)勢(shì)之一就是相比其他的吸附劑可重復(fù)利用，在環(huán)境污染控制，特別是難降解有機(jī)廢水處理的環(huán)境方面具有重要的應(yīng)用，此外也廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、分析化學(xué)、臨床鑒定、工業(yè)脫色、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域［4］。尤其隨著大孔吸附樹(shù)脂在吸附方面研究的進(jìn)一步加深，以及資源的緊缺和環(huán)境壓力的與日俱增，其在環(huán)境領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1　大孔吸附樹(shù)脂的概述

1.1 大孔吸附樹(shù)脂的特性

大孔吸附樹(shù)脂是一種有機(jī)多孔的吸附材料，具有比表面積大、交換速度快、機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定好、抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其包括化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)受單體聚合反應(yīng)的影響，物理結(jié)構(gòu)則主要影響其吸附性能。大孔吸附樹(shù)脂主要的物理結(jié)構(gòu)則是其孔結(jié)構(gòu)，其孔結(jié)構(gòu)主要由比表面積、平均孔徑和孔體積等物理手段來(lái)表，描述如表1。

表1.大孔吸附樹(shù)脂的物理表征［5］

1.2 大孔吸附樹(shù)脂的分類

大孔吸附樹(shù)脂的分類有很多種形式，既可以根據(jù)其孔隙的不同，也可以根據(jù)合成其原材料的不同來(lái)劃分，甚至可以根據(jù)其極性的不同來(lái)做以下分類（見(jiàn)表2）。

表2　大孔吸附樹(shù)脂的分類

1.3 大孔吸附樹(shù)脂的吸附機(jī)理

大孔吸附樹(shù)脂的吸附主要為物理吸附，其實(shí)質(zhì)是其表面分子因?yàn)槭芰Σ痪鶆颍a(chǎn)生表面能，從而最終導(dǎo)致表面具有吸附功能。表面吸附通常在水溶液中吸附，其吸附量受比表面積與被吸附分子接觸的活性位點(diǎn)的影響，是由范德華引力或生成氫鍵作用的結(jié)果。具有多孔結(jié)構(gòu)的大孔吸附樹(shù)脂對(duì)不同分子量的物質(zhì)具有吸附和篩選作用，不同的分子經(jīng)一定的洗脫液洗脫，達(dá)到分離、除雜、純化和濃縮的目的。

2　大孔吸附樹(shù)脂在環(huán)境中的應(yīng)用

2.1 在廢水處理方面的應(yīng)用

隨著我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有機(jī)廢水產(chǎn)生日益增多，廢水排放壓力增加。廢水排放不僅污染環(huán)境，也會(huì)給人們的健康造成很大的傷害，因此，對(duì)廢水中有害物質(zhì)的處理，純化，讓廢水變廢為寶，成為了廣大科技工作者研究的重點(diǎn)。大孔吸附樹(shù)脂因其吸附能力強(qiáng)，正廣泛應(yīng)用在對(duì)工業(yè)廢水處理方面，如對(duì)廢水中鹵代烴化合物、硝基化合物、酚類化合物、有機(jī)酸類化合物等污染物，具有很高的吸附量。

2.1.1 大孔吸附樹(shù)脂吸附廢水中的鹵代烴化合物

鹵代烴化合物是廢水中重要的有機(jī)污染物。氯化消毒是當(dāng)前水的主要消毒方式，但是在水被消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的鹵代有機(jī)污染物，其中三鹵甲烷、鹵乙酸等有毒物質(zhì)，就是在此過(guò)程中產(chǎn)生的主要有害物質(zhì)。這類有害物質(zhì)不僅嚴(yán)重污染了水環(huán)境，破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)，而且對(duì)人體的健康也造成了嚴(yán)重的危害。因此，如何去除廢水中的鹵代烴化合物，就變得具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的處理方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在人們的需要，新型的污水處理方法勢(shì)在必行，大孔吸附樹(shù)脂因其大的比表面積，對(duì)廢水中的鹵代烴化合物具有很強(qiáng)的吸附性能，這方面的研究也在逐步深入。如四川大學(xué)利用大孔吸附樹(shù)脂對(duì)廢水中的氯仿進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，使用大孔吸附樹(shù)脂不僅對(duì)廢水中的氯仿具有很好的吸附能力，而且還可以對(duì)水中少量的氯仿進(jìn)行濃縮和回收，這對(duì)環(huán)境的保護(hù)和人體的健康具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1.2 大孔吸附樹(shù)脂吸附廢水中的硝基物化合物

硝基化合物是廢水中重要的有機(jī)污染物之一。廢水中含有大量的硝基化合物，人類服用不僅對(duì)人體產(chǎn)生致癌作用、而且還會(huì)直接中毒身亡。因此，如何消除廢水中的硝基化合物成為科研人員關(guān)注的重點(diǎn)。張煒銘等科研人員建立了采用大孔吸附樹(shù)脂吸附-脫附廢水中的苯胺等硝基物化合物研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大孔吸附樹(shù)脂對(duì)苯胺的吸附率高達(dá)99.9%以上，脫附率也高達(dá)98%以上，對(duì)苯胺等硝基化合物具有優(yōu)良的吸附效果。

2.1.3 大孔吸附樹(shù)脂吸附廢水中含酚類的化合物

酚類化合物是廢水中有機(jī)污染物來(lái)源之一。它是一種強(qiáng)毒性的有機(jī)化合物，排放含有酚類化合物的廢水，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且對(duì)人體的健康造成極大地危害。廢水中酚類化合物過(guò)高，魚(yú)類等水生生物無(wú)法生存，灌溉農(nóng)作物也會(huì)造成減產(chǎn)和枯死。因而采用大孔吸附樹(shù)脂來(lái)吸附廢水中的酚類化合物，既保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)，也保護(hù)人類的健康，具有重要的意義。A.M.Li等采用大孔吸附樹(shù)脂，研究了其對(duì)廢水中多種酚類化合物的吸附性能，研究結(jié)果表明，功能化后大孔吸附樹(shù)脂，其吸附量得到顯著的提高，而且此吸附劑可以重復(fù)使用，吸附性能優(yōu)良。此外，大孔吸附樹(shù)脂也可以進(jìn)行其他的改性，或與其他工藝進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同對(duì)廢水進(jìn)行處理，能夠達(dá)到更好的效果。

2.1.4 大孔吸附樹(shù)脂吸附廢水中有機(jī)酸類化合物

有機(jī)酸類化合物也是廢水中重要的有機(jī)污染物。有機(jī)酸類化合物廣泛存在于工業(yè)廢水中，是工業(yè)廢水污染物的主要來(lái)源，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的影響。因此如何有效、快速、準(zhǔn)確的去除廢水中的此類有機(jī)酸化合物，是擺在廣大科研工作者面前的重要任務(wù)。王學(xué)江等研究了大孔吸附樹(shù)脂（NDA-800超高交聯(lián)大孔吸附樹(shù)脂）吸附廢水中的有機(jī)污染物水楊酸，研究結(jié)果表明，大孔吸附樹(shù)脂對(duì)水楊酸的吸附處理之后，排放的廢水各指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水楊酸的吸附具有良好的效果。

2.2 在廢氣吸收方面的應(yīng)用

大孔吸附樹(shù)脂是一類比表面積大的多孔高分子材料。在吸附廢氣方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)異于傳統(tǒng)的吸附劑活性炭，因?yàn)榇罂孜綐?shù)脂的吸附不僅具有表面吸附，還能夠進(jìn)行骨架吸附和基團(tuán)吸附等多種方式，因此，大孔吸附樹(shù)脂在吸附廢氣方面具有廣闊的應(yīng)用前景。張筑生嘗試了幾種大孔吸附樹(shù)脂對(duì)二氯甲烷廢氣凈化的效果，通過(guò)二氯甲烷廢氣的吸附，建立了吸附過(guò)程中的最佳操作參數(shù)為實(shí)際的工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考?？梢栽诙燃淄閺U氣的治理方面找尋新的方法，更加有效地推動(dòng)環(huán)境治理技術(shù)的發(fā)展。

2.3 在重金屬離子吸附方面的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，重金屬離子污染也日益嚴(yán)重。重金屬離子的污染物進(jìn)入水體中，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染，由于重金屬離子容易通過(guò)食物鏈而富集，構(gòu)成了對(duì)生物和人體健康的嚴(yán)重威脅。如何有效地治理重金屬離子污染，已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注對(duì)象。目前，大孔吸附樹(shù)脂在去除廢水中的重金屬離子方面取得了良好的效果。Fahmy, H.M.等人研究使用了大孔吸附樹(shù)脂去除紡織廢水中的金屬離子有較好的吸附效果。

3　總結(jié)與展望

隨著新型大孔吸附樹(shù)脂的不斷涌現(xiàn)和吸附技術(shù)的迅猛發(fā)展，且因具有選擇性好、吸附容量高、交換速度快、耐污染性強(qiáng)等獨(dú)特的性能，大孔吸附樹(shù)脂在廢水處理、廢氣吸收、有機(jī)磷農(nóng)藥和重金屬離子吸附等環(huán)境保護(hù)方面具有極大的推廣價(jià)值。從文獻(xiàn)的調(diào)研情況來(lái)分析，目前使用人工合成吸附樹(shù)脂的研究主要應(yīng)用在有機(jī)廢水和重金屬離子的吸附去除，然而天然改性吸附樹(shù)脂用于環(huán)境中卻鮮有報(bào)道，這正是今后廣大科研工作者所該努力的方向。

［1］李鴻江，溫致平，趙由才.大孔吸附樹(shù)脂處理工業(yè)廢水研究進(jìn)展［J］.安全與環(huán)境工程，2010（3）：21-24.

［2］黃文強(qiáng)，李晨曦.吸附分離材料［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：34-67.

［3］崔 岳.聚丙烯酸酯類大孔吸附樹(shù)脂的合成、功能化及應(yīng)用［D］.保定：河北大學(xué)，2003：24-35.

［4］王躍生，王 洋.大孔吸附樹(shù)脂研究進(jìn)展［J］.中國(guó)中藥雜志，2006，31（12）：961-965.

［5］郭麗冰，王 蕾.常用大孔吸附樹(shù)脂的主要參數(shù)和應(yīng)用情況［J］.中國(guó)現(xiàn)代中藥，2006（4）：26-32.

The Application Research of Macroporous Absorption Resin in Environment

Hu jianguo， Zhu genhua， Yan zhihong， Yuan en， Xiong yaokun*
（Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanchang 330004，China）

In recent years， Macroporous absorption resin is a kind of polymer adsorbent with porous three-dimensional structure， which has developed rapidly.Because of its physical and chemical stability， large specifc surface area， high adsorption capacity，good selectivity and fast adsorption rate and other characteristics，Macroporous absorption resin which has a potential application prospect， is widely used in various felds， especially in the environment.In this paper， review the characteristics of macroporous resin adsorption， adsorptionmechanism and its classifcation， as well asprogress the application researchof wastewater treatment， waste gas absorption and heavy metal ions adsorbed inthe feld of environmental

macroporous absorption resin；adsorption； environment； application

胡建國(guó)（1984-），男，江西撫州人，碩士研究生，助教；研究方向：納米材料的修飾與功能化及其應(yīng)用。