農(nóng)林廢棄物吸附廢水中Cd2+的研究進(jìn)展

孫桃

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院，江蘇徐州 221140）

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，人民生活水平逐步提高，工業(yè)廢水的排放不當(dāng)以及電子垃圾的隨意丟棄造成的水體重金屬污染越發(fā)嚴(yán)重[1-2]。含鎘廢水主要來自于含鎘礦山的開采和冶煉、鎘化合物生產(chǎn)企業(yè)排放、鎳鉻電池生產(chǎn)及電鍍等。鎘可以通過食物鏈在人體內(nèi)蓄積，或直接作用于人體而引發(fā)急、慢性鎘中毒，對人體有害。我國規(guī)定工業(yè)廢水中鎘的最高排放濃度為0.1 mg/L。目前，含鎘廢水的有效處理已迫在眉睫，研究開發(fā)高效、經(jīng)濟的含鎘廢水處理技術(shù)，具有重大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)意義。

近年來，已有許多學(xué)者在探索利用農(nóng)林廢棄物作為吸附劑來處理鎘污染廢水。農(nóng)林廢棄物是指在農(nóng)業(yè)、林業(yè)的生產(chǎn)或加工過程中淘汰的廢棄物，是豐富的生物質(zhì)資源，主要含有半纖維素、木質(zhì)素、果膠等成分，價格低廉，卻具有相對較好的吸附性能，作為吸附材料的原料倍受青睞。目前，利用農(nóng)林廢棄物處理含鎘廢水已經(jīng)成為一種新型處理方法，國內(nèi)外很多學(xué)者都對類似生物質(zhì)吸附劑進(jìn)行了研究，且研究主要集中在以下3個方面：（1）天然材料對廢水中鎘的吸附性能研究；（2）改性材料對廢水中鎘的吸附性能研究；（3）生物炭材料對廢水中鎘的吸附性能研究。

1 天然材料吸附劑

王丹等研究以天然核桃殼吸附廢水中Cd2+，核桃殼富含木質(zhì)素、沒食子酸、鞣質(zhì)、核桃醌等[3]，可以作為吸附劑處理含鎘廢水。其最大吸附量為12.5 mg/g，吸附過程對Freundlich方程和Langmuir方程的擬合效果都較好，吸附屬自發(fā)吸熱過程，較易發(fā)生。雷娟等[4]采用塊狀花生殼對Cd2+和Pb2+進(jìn)行吸附特性研究，將花生殼沖洗干凈后于烘箱中60 ℃烘干，剪成1 cm2左右的塊狀材料，在25 ℃pH為3～6條件下進(jìn)行吸附，36 h達(dá)到平衡，塊狀花生殼對Cd2+的飽和吸附量為10.47 mg/g。Meisam Torab-Mostaedi等[5]對柚子皮吸附鎘的動力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)柚皮對Cd2+的最大吸收量為42.09 mg/g；生物吸附過程的動力學(xué)符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型；熱力學(xué)參數(shù)描述了生物吸附的吸熱性質(zhì)，且該過程是自發(fā)進(jìn)行的。在吸附Cd2+的過程中，天然材料吸附劑中陽離子和質(zhì)子的釋放揭示了吸附的主要機制是離子交換。紅外光譜分析表明，羧基和羥基參與了金屬離子的吸附。用0.1% HCl從柚子皮中回收Cd2+，回收率大于97%。同時，香蕉葉[6]、小麥秸稈[7]、米糠[8]、玉米棒子芯[9]、甘蔗渣[10-12]、樟子松鋸屑[13]等多種農(nóng)林廢棄物都已經(jīng)被研究用于處理含鎘廢水。

2 改性材料吸附劑

天然農(nóng)林廢棄物經(jīng)物理化學(xué)方法改性后，可以對較高濃度重金屬溶液具有很好的吸附性能，且改性操作簡單、成本相對較低，是很好的研究方向。

呂一品等[14]以實驗室釀酒后得到的柿子廢渣為原料，通過化學(xué)改性增加其吸附效率，對溶液中Cd2+進(jìn)行吸附研究。未改性的吸附劑對Cd2+的飽和吸附容量為25.00 mg/g，而經(jīng)NaOH改性后的柿子廢渣吸附劑對Cd2+的飽和吸附容量為46.54 mg/g，改良效果顯著。鄧華等[13]向木薯秸稈中添加巰基官能團進(jìn)行化學(xué)改性，研究其對廢水中Cd2+的吸附行為。研究發(fā)現(xiàn)，改性后的木薯秸稈吸附劑在pH為6～8的條件下于120 min內(nèi)達(dá)到平衡，最大吸附量為72.09 mg/g。邵愛云[16]等利用（3-巰丙基）三甲氧基硅烷改性稻殼炭，分析改性前后稻殼炭吸附Cd2+的影響及解吸情況。改性后稻殼炭對Cd2+最大吸附量為14. 95 mg·g-1，未改性稻殼炭8. 50 mg·g-1，提高76%，解吸率下降23%～53%。解宇峰等[17]以高錳酸鉀改性小麥秸稈制備吸附劑，吸附溶液中的Cd2+，發(fā)現(xiàn)0.05 mol/L高錳酸鉀改性制備的吸附劑對Cd2+的吸附量最大，為30.21 mg/g，大于未改性小麥秸稈最佳吸附量5.7 mg/g。同時，解吸試驗表明該吸附劑對Cd2+的吸附具有較好的穩(wěn)定性。其余常用的改性劑、農(nóng)林廢棄物及改性后的吸附效果見表1。

3 生物炭吸附劑

目前，許多學(xué)者將農(nóng)林廢棄物制成生物炭或通過一定的方式將生物炭活化，然后對重金屬污染廢水進(jìn)行吸附研究。生物炭是利用生物有機材料在無氧或者缺氧條件下，經(jīng)過緩慢高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一種含碳豐富的固體材料[31]，具有極強吸附性能，在重金屬的吸附方面具有巨大潛力，是目前研究較多的生物吸附劑。

Luo等[32]在350 ℃熱解溫度下制備了玉米芯生物炭，并對其進(jìn)行了丙烯腈改性，其對鎘的吸附容量達(dá)到85.65 mg/g；吸附原理主要為離子置換和配合作用。仇禎等[33]用互花米草在450 ℃熱解后制備的生物炭具有良好的鎘吸附效應(yīng)，該生物炭在15 min時可達(dá)吸附平衡，吸附量最大為20.576 mg/g；吸附機理主要是羥基、羧基等含氧官能團發(fā)揮作用，部分鎘在生物炭表面發(fā)生表層吸附，且可能形成Cd2+復(fù)合體。鄧瀟等對玉米秸稈和花生殼炭化制備的生物炭，運用高錳酸鉀進(jìn)行改性，研究其對Cd2+的吸附效果。結(jié)果表明，改性玉米秸稈炭和花生殼炭對Cd2+的去除率與未改性的生物炭相比分別提高了3.8倍和6.2倍，最大吸附量分別為68.97 mg/g和55.55 mg/g。改性玉米秸稈炭和花生殼炭吸附Cd2+后，可用NaOH溶液進(jìn)行解吸，解吸4次后，對Cd2+仍有較好的吸附效果，吸附量分別為31.40 mg/g和24.10 mg/g。這說明，高錳酸鉀改性玉米秸稈炭和花生殼炭是一種吸附性能高且能夠重復(fù)用于去除溶液中Cd2+的吸附材料。

表1 農(nóng)林廢棄物吸附Cd2+常見改性試劑

4 結(jié)語

農(nóng)林廢棄物來源廣泛、價格低，用于處理含鎘廢水具有明顯優(yōu)勢，如選擇吸附性強、吸附容量大、吸附速度快、陽離子干擾小等，是一種值得研究開發(fā)的新型生物質(zhì)吸附劑。在今后的研究工作中，應(yīng)尋找合適的農(nóng)林廢棄物運用物理或化學(xué)方法將其改性為合適的生物吸附劑，增加其吸附選擇性，提升其吸附能力，同時也要加強對污染物的解析處理研究，盡快實現(xiàn)鎘的無毒化處理及吸附劑的再生。