不同載體的除砷吸附劑研究進展

李 培

（東北師范大學環(huán)境學院 吉林長春 130117）

引言

與有機砷相比，無機形式的砷更具有高毒性。無機砷以亞砷酸鹽（AsO33-）和砷酸鹽（AsO43-）兩種形式在水中常見，簡稱砷（III）和砷（V）。砷被認為是人類致癌物，可導致皮膚癌，肺癌，膀胱癌，肝癌和腎癌等疾病[1]。

1 金屬及其化合物

在開發(fā)金屬吸附劑的過程中，已經(jīng)探索了各種過渡金屬基化合物作為除砷吸附劑，例如鐵，銅，鎂，鋁，鋯等，其中鐵基吸附材料為最多。Zongming Ren 等通過共沉淀法制備鐵鋯二元氧化物除砷，比表面積為339 m2/g，在pH=7 時，對As（V）和（III）最大吸附量為46.1 和120mg/g。Márcia C.S.Faria 等[3]制備δ-FeOOH納米顆粒去除As（V），比表面積為135 m2/g，pH=7 時吸附量為37.3mg/g。Dongjuan Kang[4]等通過共沉淀法合成Mg/Fe 層狀雙氫氧化物，發(fā)現(xiàn)在400℃和pH7 下煅燒的M2+/M3+比為5 的材料對砷的吸附容量50.24mg/g?，F(xiàn)如今的除砷吸附劑多為不同載體負載金屬化合物，以達到實際含砷廢水的處理。

2 礦物

天然礦物產(chǎn)量大，資源豐富，廉價易得，因此越來越多的被人們研究應用，常見的礦物有沸石、凹凸棒石、硅藻土等，其中對沸石的研究更為廣泛。Chil-Sung Jeon 等通過柱實驗研究了砷在鐵包覆沸石（ICZ）上的吸附，ICZ 對砷的吸附容量為0.68mg/g；將2.0mg/L 砷連續(xù)通過填充有11.7g 材料的柱子，速率為30mL/h，流出物中砷濃度為0.01mg/L 的突破發(fā)生在300BV。Kun Wu 等研究了鐵-錳涂層硅藻土去除砷，原位再生后對砷的吸附能力提高，在三次循環(huán)后突破床體積從550 增加到760 個BV。

3 樹脂

樹脂是一種高分子聚合材料，常見的樹脂多為陰離子、陽離子和螯合樹脂，而由于砷酸根為陰離子，因此以陰離子交換樹脂為載體的居多。Tatineni Balaji 等采用鋯負載螯合樹脂與賴氨酸-二乙酸官能團吸附砷，吸附機理是砷酸鹽或亞砷酸鹽與鋯絡合物之間的一種附加絡合物，As（V）在pH=4 和As（Ⅲ）在pH=9 時吸附效果最好。Veronique Lenoble 等以KMnO4氧化能力為基礎，以樹脂為原料，合成了R-MnO2，As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大容量分別為0.7 和0.3mmol/g。Qiong Du 等將鐵氧化物和陰離子交換樹脂N-S 的吸附特性相結(jié)合，制備了雙功能樹脂負載的納米零價鐵復合材料，復合材料可在環(huán)境條件下高效地將毒性更強的As（III）氧化成毒性較低的As（V），而不需要貴金屬。

4 碳質(zhì)類

碳質(zhì)類材料常見的有活性炭，碳納米管，石墨烯等?；钚蕴烤哂写蟮谋砻娣e和不同的表面官能團，包括羧基，羰基，苯酚，醌，內(nèi)酯，因此，它們被認為是用于去除重金屬離子和其他無機物質(zhì)以及來自液相和氣相的許多有機化合物的良好吸附劑。粉末狀活性炭具有更大的吸附表面積并且制造成本低，但在分離中有局限性和困難，因此顆粒狀活性炭被廣泛研究并應用于實際。Weifang Chen 等以鐵浸漬活性炭，砷類物質(zhì)通過與氫氧化鐵表面形成絡合物吸附在氫氧化鐵表面。MURUGAN，M 等以銀浸漬木材制得的活性炭（SIC）去除砷，柱試驗最大吸附容量為9.36 mg/g。但是活性炭的摻雜物是灰分，它是活性炭的無機部分，易造成二次污染。

石墨烯是所有石墨形式的碳的基本構(gòu)件。它由sp2 雜化碳原子的單個原子層組成，排列成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯作為一種堅固而柔韌的膜，為碳骨架的改性或功能化提供了無限可能。Kun Wu 等通過共沉淀將氧化石墨烯片與Fe3O4和CuO 組合制備磁性復合吸附劑，根據(jù)表征結(jié)果，氧化石墨烯的引入不僅保持了鐵-銅復合材料的有利性能，如優(yōu)異的磁特性和豐富的羥基，同時也抑制了納米級氧化鐵銅顆粒的聚集，從而增強了顆粒對水中砷的去除能力。Tao Wen 等以氧化石墨烯（GO）表面被鋯（Zr）功能化來除砷，最大吸附容量分別為232.52 mg·g-1。二十分鐘后，通過2mg/mL 的復合材料獲得100%的砷去除效率。

5 其他載體

除上述常見的載體外，還存在其他一些已被研究的，例如核桃殼，玉米，甘蔗等生物質(zhì)材料，這些材料廉價易得，屬于廢物的再利用。除此之外還有天然高分子材料，例如殼聚糖，纖維素，淀粉等也都越來越多的應用于除砷當中。

結(jié)語

吸附法除砷是眾多方法中最為簡便、經(jīng)濟、不產(chǎn)生二次污染的方法，因此吸附材料在砷的水處理中有著廣闊的應用前景，研發(fā)出穩(wěn)定、經(jīng)濟、吸附性能好、可循環(huán)利用等優(yōu)點的材料更是未來研究的重點與熱點，有望在未來能使更多地區(qū)的人免受砷得危害。