吸附法處理水中重金屬的解吸附研究進(jìn)展

蘭 馨，郭帥庭，李 彬

(湖州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 湖州 313000)

工業(yè)化生產(chǎn)的興起帶來了一系列環(huán)境問題，尤其是水污染方面。重金屬污染是造成水污染問題嚴(yán)重的原因之一。為了更好地保護(hù)自然環(huán)境，維護(hù)人類的生命健康不受影響，有效地處理重金屬廢水非常重要。而在使用較多的吸附法處理廢水中，如何再利用吸附劑和回收重金屬是進(jìn)一步提高效率的重要問題，一直備受關(guān)注。

1 重金屬廢水的危害及其處理技術(shù)

1.1 重金屬廢水的危害

重金屬廢水對(duì)環(huán)境的危害性突出表現(xiàn)為：重金屬污染具有較長(zhǎng)時(shí)間的毒效，水體中的重金屬離子可通過食物鏈作用進(jìn)入人體，導(dǎo)致身體機(jī)能紊亂和多種疾病。重金屬廢水內(nèi)部主要的污染源有[1]Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等重金屬物質(zhì)，這些重金屬形態(tài)不同，對(duì)人和環(huán)境的影響也不盡相同。

1.2 重金屬廢水處理技術(shù)

1.2.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是通過化學(xué)劑使溶液中需要除去的可溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶性物質(zhì)析出的方法，常見的有氫氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。氫氧化物沉淀法具有藥劑獲取方便且價(jià)格低廉，應(yīng)用價(jià)值高和廢水處理流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[2]。硫化物沉淀法具有金屬硫化物的溶解度小，應(yīng)用范圍廣和有利于后續(xù)有用重金屬的回收處理的特點(diǎn)，但是藥劑價(jià)格高昂。

1.2.2 離子交換法

離子交換法是一種基于合成的離子交換劑作吸附劑，以吸附溶液中需要去除的離子的方法。離子交換法具有操作容易、對(duì)環(huán)境無二次污染、處理效果優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)[3]。該方法的缺點(diǎn)是，離子交換劑易氧化失效，性價(jià)比不高。

1.2.3 電化學(xué)法

電化學(xué)法[4]是應(yīng)用電解的基本原理，通過重金屬離子的遷移和電極反應(yīng)除去廢水中重金屬離子的一種方法。電化學(xué)法[5]具有反應(yīng)時(shí)間快、便于操作、廢水處理成本低、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染以及技術(shù)適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，因此被稱為環(huán)境友好型廢水處理技術(shù)。

1.2.4 吸附法

吸附法近年發(fā)展較快，吸附劑的選擇是影響吸附法中吸附性能的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)吸附劑主要包括活性炭、煤灰吸附劑、黏土類吸附劑粉和生物質(zhì)基材料等。近年來新型吸附材料也層出不窮，例如殼聚糖及其衍生物[6]，殼聚糖樹脂交聯(lián)后可循環(huán)使用，能夠理想地去除廢水中重金屬離子。吸附法優(yōu)勢(shì)明顯，如價(jià)格低廉、操作容易、處理效果優(yōu)良和污染程度小等，具有良好的應(yīng)用前景。

從表1可以看出,PMOS管P1、P2的最小可檢測(cè)電阻R1和R2均為1 GΩ,而NMOS管的開路電阻R3和R4無法被檢測(cè)出來。由于新型的低電壓8T SRAM中加入了專門的讀通路,寫入路徑和讀取路徑不同,讀取操作只打開其讀字線,通過晶體管N7、N8進(jìn)行讀取數(shù)據(jù),而不打開寫字線,不能有效地得到出錯(cuò)的電阻值。因此,NMOS管的穩(wěn)定性故障很難被檢測(cè)出來。

2 重金屬解吸附劑、解吸附條件及解吸附方法

2.1 解吸附劑類型

選擇合理的解吸附劑能提高解吸附效率、增加吸附劑的重復(fù)使用次數(shù)和降低吸附方法的回收成本，同時(shí)還能有效防止吸附劑對(duì)環(huán)境的二次污染。

2.1.1 酸堿解吸附劑

常見的堿性解吸附劑有NaOH、Na2CO3和NaHCO3等。堿性解吸附劑解吸附原理是降低吸附劑表面的質(zhì)子化程度，從而對(duì)重金屬陰離子吸附力減弱得以解吸附。例如，堿性解吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)的解吸附具有優(yōu)良的效果。主要原因是，在不同的酸堿性下[7]Cr(Ⅵ)的存在形式不同，酸堿性對(duì)吸附劑表面的質(zhì)子化程度有一定的影響。

常用的酸性解吸附劑有以HCl、HNO3和H2SO4為代表的無機(jī)酸和以CA、HAc和H2C2O4為代表的有機(jī)酸。其解吸附機(jī)理[8]是依靠H+和重金屬陽離子同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，成功占據(jù)吸附劑表面基團(tuán)，從而使重金屬離子從吸附劑中成功解吸附。

2.1.2 鹽解吸附劑

可溶性的鹽酸鹽和硝酸鹽常被用作解吸附劑。鹽解吸附劑主要依靠陽離子的交換作用解吸附重金屬離子，解吸附比較效果明顯。Sudha Bai,R.等[9]對(duì)固定化黑根霉的Cr(Ⅵ)生物吸附潛力及各種無毒解吸附劑的性能進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示NaHCO3和Na2CO3表現(xiàn)出良好的解吸附能力。

2.1.3 螯合解吸附劑

2.2 解吸附條件

2.2.1 pH值

pH值影響離子的存在形式，是重金屬解吸附效果的重要影響因素之一。例如，陳瀟君[12]對(duì)生物膜中的鉛、鎘進(jìn)行解吸附，實(shí)驗(yàn)表明溶液pH值越高，生物膜解吸附鉛、鎘越慢。

2.2.2 時(shí)間

解吸附時(shí)間是影響解吸附的又一重要因素，也是研究動(dòng)態(tài)機(jī)理的重要參數(shù)，對(duì)提高處理效率非常重要。一般情況下或剛開始情況下，解吸附率隨著解吸附時(shí)間的增長(zhǎng)而升高。陳永樂[13]對(duì)改性聚合物磁性微球的再生進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)表明，再生可以在10min之內(nèi)完成，10min之后的再生效果趨于穩(wěn)定。

2.2.3 溫度

在熱力學(xué)方面，大部分的解吸附是吸熱過程，反應(yīng)時(shí)溫度升高會(huì)增強(qiáng)解吸附作用；在動(dòng)力學(xué)方面，溫度的升高能夠增加吸附劑與吸附質(zhì)之間的碰撞幾率增加解吸附速度和解吸附程度。江長(zhǎng)楠等[14]對(duì)桉樹遺態(tài)Fe/C復(fù)合材料進(jìn)行Cr(Ⅵ)的解吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)解吸附量隨著溫度的升高不斷增加。

2.3 解吸附方法

2.3.1 化學(xué)溶劑法

按溶劑分類，可分為無機(jī)溶劑和有機(jī)溶劑。無機(jī)溶劑有如H2SO4、HCl或NaOH等，作為解吸附劑與吸附劑上的吸附質(zhì)反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)換成易溶于水的物質(zhì)，從而釋放吸附位點(diǎn)，達(dá)到解吸附的效果。和彬彬[15]對(duì)吸附焦化廢水飽和的活性炭進(jìn)行解吸附實(shí)驗(yàn)，其中正戊烷、二氯甲烷及乙醚的解吸附效率均達(dá)到90%以上，SDBS水溶液作解吸附劑時(shí)活性炭的解吸附效率為61.54%，但該方法具有易造成環(huán)境污染缺點(diǎn)。

2.3.2 超聲波法

超聲波法[16]是在超聲波作用的聲壓下液體中的微小氣泡核產(chǎn)生振動(dòng)，達(dá)到一定聲壓值時(shí)氣泡通過迅速膨脹然后突然閉合造成的崩潰，瞬間放出局部的高溫與高壓沖擊波，高溫使H2O分裂為OH-，高壓沖擊波到達(dá)吸附劑表面。李靜萍等[17]在有機(jī)改性凹凸棒黏土吸附劑的解吸附實(shí)驗(yàn)中使用超聲波法，研究發(fā)現(xiàn)，解吸附的時(shí)間有效縮短，解吸附劑用量減少，解吸附速率明顯加快，吸附劑的解吸附效果較好。

2.3.3 生物法

近些年，有很多學(xué)者以活性炭為載體，在活性炭表面繁衍微生物，使微生物在活性炭吸附水中被吸附質(zhì)時(shí)，發(fā)揮其獨(dú)有的生物降解功能。張婷婷等[18]研究表明，生物解吸附法對(duì)活性炭的表面性質(zhì)影響甚微，但解吸附效果較好。

2.3.4 微波輻射法

微波輻射法可以快速提供吸附所需的溫度。Ania等[19]對(duì)比了載苯酚活性炭的解吸附和孔隙結(jié)構(gòu)變化在傳統(tǒng)電子爐法和微波輻射法下的不同結(jié)果，證明了微波輻射法能改善和提高活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和再吸附性能。

3 重金屬解吸附的存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 重金屬解吸附存在的問題

目前解吸附方法較為單一，經(jīng)傳統(tǒng)的解吸附技術(shù)處理的吸附劑再吸附能力差，過程中易產(chǎn)生二次污染，而新型的解吸附方法則存在技術(shù)性難題，對(duì)機(jī)理的研究也不夠清晰，無法進(jìn)一步應(yīng)用[20]。另外，解吸附劑種類貧乏，已知的解吸附劑會(huì)對(duì)部分吸附劑造成不可逆的傷害，影響吸附劑后續(xù)的循環(huán)利用。廢水處理的吸附劑多為粉末和顆粒，解吸附難度大，解吸附后，回收的重金屬離子也不易保存，吸附劑無論是直接排放、填埋還是焚燒都具有某些缺點(diǎn)。

3.2 重金屬解吸附的發(fā)展趨勢(shì)

重金屬的解吸附方法及技術(shù)是吸附方法實(shí)施后的重要環(huán)節(jié)，對(duì)減少二次污染和降低成本具有重要意義。解吸附劑種類、解吸附方法和金屬回收技術(shù)等研究是今后發(fā)展的重要方向，解吸附機(jī)理的深入研究也是進(jìn)一步解決解吸附效率的重要方面。通過對(duì)解吸附方法的深入研究將對(duì)實(shí)現(xiàn)從吸附到解吸附一體化的污水處理過程具有重要作用，并為進(jìn)一步工業(yè)化提供科學(xué)依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)污水處理無排放，循環(huán)利用和金屬回收的目的。

4 結(jié)語

解吸附是針對(duì)吸附方法處理重金屬廢水的后續(xù)處理過程，是進(jìn)一步降低成本，減少環(huán)境污染，產(chǎn)生循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要過程。其中，開發(fā)具有適用范圍廣泛、操作簡(jiǎn)便快捷和效率高的解吸附劑，對(duì)再生吸附劑并回收吸附劑中的重金屬具有重要作用。解吸附劑主要分為酸，堿，鹽和螯合劑等，解吸附過程受pH，時(shí)間和溫度的影響，解吸附方法可以單一方法操作，也可多種方法形式結(jié)合應(yīng)用。目前，很多解吸附方法仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，通過研究的不斷深入，可以為工業(yè)和生活廢水從處理到排放的過程提供一條可循環(huán)的技術(shù)路線，在實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)利益最大化。