復(fù)合材料對(duì)污水中重金屬的吸附凈化作用研究

邵志浩 林聰勇

摘 要：經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民的生活產(chǎn)生的廢水也越來越多，對(duì)水環(huán)境以及土壤環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，農(nóng)產(chǎn)品存在著嚴(yán)重的重金屬污染，對(duì)于人類的健康產(chǎn)生著潛在的脅迫，因此重金屬污染的吸附處置是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)問題。復(fù)合材料是指將物化性質(zhì)不同的兩種及以上的材料進(jìn)行優(yōu)化組合，復(fù)合材料具有組分的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有性能優(yōu)越，適用性廣泛的特點(diǎn)。本文通過對(duì)重金屬的危害出發(fā)，介紹了現(xiàn)階段污水中重金屬的去除方法，在此基礎(chǔ)上介紹了復(fù)合材料的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了總結(jié)展望。

關(guān)鍵詞：污水處理;重金屬;復(fù)合材料;吸附性能

改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)水平得到了顯著的提升，工農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程不斷加快，環(huán)境問題隨之而來，其中重金屬污染是首當(dāng)其沖的問題，重金屬主要來源包含工業(yè)生產(chǎn)的廢水、廢渣以及廢氣、生活廢水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的污水灌溉以及農(nóng)藥化肥的施用等。重金屬存在降解難、蓄積易、毒性大、難治理等問題，是現(xiàn)階段亟待處理的環(huán)境污染問題。

一、重金屬水污染及危害

水是人類賴以生存發(fā)展的重要自然資源。隨著全球人口的激增以及生產(chǎn)活動(dòng)的增加，水資源的需求增加與水環(huán)境的惡化之間的沖突越來越深。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水中含有較多的有機(jī)污染物及重金屬污染物甚至放射性核素等難以降解的污染物，未進(jìn)行安全處置的廢水直接排入海洋、河流以及湖泊等水體中，對(duì)于水體以及土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，水體中的水可以直接或者經(jīng)由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)間接對(duì)人體健康產(chǎn)生脅迫，因此水污染問題是全球面臨的最為嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一，水污染治理刻不容緩。

重金屬通常是指比重在4g/cm3以上的金屬元素，通常包含Pb、Cd、Hg、Bi、Zn、Co、Cu以及Ni等。重金屬的來源廣泛，按照來源可以分為農(nóng)業(yè)污染源、工業(yè)污染源、交通運(yùn)輸污染源以及生活污染源等。重金屬的生理毒性：（1）鉛作為有毒物質(zhì)，主要通過消化及呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，對(duì)人體器官產(chǎn)生慢性毒害作用，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生癌變甚至死亡。（2）汞具有較強(qiáng)的蓄積性，能夠與人體內(nèi)的大分子產(chǎn)生共價(jià)結(jié)合.（3）銅作為人體的必須的微量元素之一，人體內(nèi)銅濃度積累到一定程度時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的中毒現(xiàn)象。（4）鎘可以通過呼吸或者攝食進(jìn)入人體，對(duì)呼吸道產(chǎn)生嚴(yán)重的刺激，嚴(yán)重時(shí)可以使嗅覺喪失，鎘還能造成骨質(zhì)疏松以及腎臟損害。

二、污水中重金屬的處理處置方法

（一）化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法包含氫氧化物和硫化物沉淀法兩種，原理是將重金屬與氫氧化鈉物或者硫化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行固液分離的方式進(jìn)行重金屬離子的分離。

（二）氧化還原法。氧化還原法是利用氧化還原劑，將金屬離子進(jìn)行還原，再將其轉(zhuǎn)化為沉淀物進(jìn)行除去，常用的還原劑為亞鐵鹽及亞硫酸鹽。

（三）離子交換法。離子交換法是通過離子與金屬離子進(jìn)行置換反應(yīng)，從而進(jìn)行重金屬的去除。常用的離子交換劑為各種離子交換樹脂。

（四）電化學(xué)法。電化學(xué)法主要包含電凝聚、電浮選以及電氧化還原。電凝聚是將鐵鋁質(zhì)陽極電解為其離子然后形成不溶性絮狀物進(jìn)行重金屬分離。電浮選與電凝聚的不同之處在于，利用電解產(chǎn)生的氫氣將重金屬離子進(jìn)行氣浮使其到達(dá)液面。電氧化還原法是利用氧化或還原產(chǎn)物進(jìn)行重金屬離子的去除。

三、吸附法處理污水中重金屬的研究進(jìn)展

隨著對(duì)于污水中重金屬的處理處置方法的研究加深，吸附法因?yàn)槠洳僮骱唵?、吸附材料多、吸附性能高定特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段使用的吸附材料按照其化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為碳性、無機(jī)兩種。

（一）碳性吸附材料。碳性吸附材料主要包括活性炭、碳納米管兩種。王改娟通過將活性炭進(jìn)行乙酸乙酯改性發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭顯著增強(qiáng)了重金屬吸附性能。碳納米管對(duì)于重金屬離子的吸附性能有限，因此也要將其進(jìn)行改性處理。Tong等將碳納米管進(jìn)行單寧酸改性發(fā)現(xiàn)其大大縮減了吸附平衡時(shí)間，同時(shí)對(duì)于重金屬的吸附容量增加。Cui[將苯基-亞氨基二乙酸與多壁碳納米管進(jìn)行重氮反應(yīng)共價(jià)接枝發(fā)現(xiàn)大大縮短了鐵通鉛的吸附平衡時(shí)間。

（二）無機(jī)吸附材料。無機(jī)吸附材料具有來源廣泛種類繁多的特性。常見的有礦物材料、金屬基材料以及硅膠材料三種。無機(jī)材料的吸附性能受其吸附量的限制，因此其改性是研究的熱點(diǎn)問題。詹旭通過研究累托石對(duì)鉛的吸附性能發(fā)現(xiàn)改性后的累托石具備更好的吸附性能。Li等將PS-EDTA樹脂進(jìn)行三元水化合氧化物進(jìn)行改性發(fā)現(xiàn)改性后的樹脂表現(xiàn)為更好的汞吸附性能。

四、復(fù)合材料吸附污水中重金屬的研究進(jìn)展

復(fù)合材料是指兩種及以上的不同理化性質(zhì)的材料通過某種方法進(jìn)行復(fù)合而形成的新型材料，一般具有較強(qiáng)的吸附性能。

（一）高分子復(fù)合型吸附材料。天然高分的吸附能力受其疏水性及其穩(wěn)定性限制，因此天然高分子改性進(jìn)行污水中重金屬吸附是研究重點(diǎn)問題。高分子聚合物引入復(fù)合吸附材料中具有明顯的優(yōu)勢：

（1）可以顯著增強(qiáng)吸附材料的吸附性能。如Nakmura等通過將制備了肼基脫氧和和羧烷基肼基脫氧兩種纖維素引入復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)其顯著提升了對(duì)Cu2+，Mn2+，Ni2+和Co2+吸附性能。Repo等發(fā)現(xiàn)羧酸基團(tuán)能夠顯著提升殼聚糖對(duì)于水中Ni2+和Co2+的吸附容量。Chen等研究發(fā)現(xiàn)引入硫醇基團(tuán)顯著提升;的磁性殼聚糖對(duì)Co2+的吸附性能，顯著提升了吸附速率。

（2）可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行針對(duì)性制備。如Wang等制備了殼聚糖聚乙稀醇泡沫用來去除Cu2+。Sone等制備了海藻酸鈉聚氨醋復(fù)合泡沫來選擇性去除Pb2+。Lima等制備了醋酸纖維素殼聚糖復(fù)合膜來提取廢水中的Cu2+。

（二）高分子/無機(jī)復(fù)合型吸附材料。高分子/無機(jī)復(fù)合型材料由將有機(jī)相高分子和無機(jī)相材料經(jīng)由某種方式進(jìn)行結(jié)合產(chǎn)生，表現(xiàn)為更強(qiáng)的親水性能儀器穩(wěn)定性。王瓊生等通過制備殼聚糖-黏土復(fù)合吸附劑發(fā)現(xiàn)殼聚糖顯著增加了吸附劑的穩(wěn)定性。楊柳燕等將有機(jī)蒙脫土包埋在聚乙稀醇凝膠網(wǎng)絡(luò)中，通過柱吸附和批吸附研究其對(duì)苯酸的去除效果。陳維璞等凝膠球顯著提升了對(duì)于Cu2+的吸附性能。在實(shí)際研究和應(yīng)用中，應(yīng)針對(duì)不同的需求選擇不同的原料，制備出合適的能滿足特定需要的高分子無機(jī)復(fù)合型吸附材料。

（三）無機(jī)/無機(jī)復(fù)合型吸附材料。無機(jī)吸附材料具有來源廣泛、種類繁多、成本低等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于污水治理中。無機(jī)材料的復(fù)合是研究的焦點(diǎn)問題，復(fù)合材料具備較強(qiáng)的機(jī)械性能熱化學(xué)性能以及吸附性能。

五、總結(jié)與展望

復(fù)合型材料在單一材料的基礎(chǔ)性通過改性，顯著增加了其親水性能及其穩(wěn)定性和吸附性能，增加了吸附容量的同時(shí)大大縮減了平衡所需要的時(shí)間，表現(xiàn)為更為優(yōu)異的吸附性能，近十幾年來對(duì)于復(fù)合材料的研究較多，今后可以設(shè)計(jì)和制備更多的復(fù)合材料，進(jìn)行高穩(wěn)定性、高效吸附以及分離能力強(qiáng)和高分離速率的復(fù)合材料的研究制備，將理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)的研究其吸附作用機(jī)理機(jī)制，進(jìn)一步揭示吸附材料結(jié)構(gòu)與吸附性能之間的關(guān)系，為高效治理污水中的重金屬吳蓉蓉提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論支撐，進(jìn)而解決環(huán)境污染問題。

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