金屬組學(xué)方法識(shí)別水中絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)及其吸附凈化技術(shù)研究進(jìn)展

何麗娜 SCHOTT Eduardo 吳一楠*

(1.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092;2.上海污染控制與生態(tài)安全研究院,上海 200092;3.智利天主教大學(xué) 無機(jī)化學(xué)系,圣地亞哥 4860)

水體重金屬污染是當(dāng)前我國面臨的重大環(huán)境問題之一。在制革、電鍍、印染等行業(yè)排放的廢水中,重金屬離子通常與乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、酒石酸等有機(jī)物形成絡(luò)合態(tài)重金屬。相較于游離態(tài)離子,絡(luò)合態(tài)重金屬具有高水溶性,可在廣泛pH值范圍內(nèi)穩(wěn)定存在且形態(tài)復(fù)雜,其潛在毒性通常較單獨(dú)重金屬離子和有機(jī)配體均要高[1],且去除難度更大,使用傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此,對(duì)絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的高效處理迫在眉睫。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中絡(luò)合態(tài)重金屬的高效選擇性去除,對(duì)其形態(tài)的識(shí)別尤為關(guān)鍵。金屬組學(xué)是繼基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝物組學(xué)之后的一門新興學(xué)科[3],是系統(tǒng)研究生命體內(nèi)自由或絡(luò)合的金屬/類金屬的分布、含量、化學(xué)種態(tài)及其功能的綜合學(xué)科。金屬組學(xué)分析方法包括:電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)、高效液相色譜(HPLC)、基質(zhì)輔助激光解析電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)、X射線吸收譜(XAS)等[4-7],是絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)識(shí)別的主要分析手段。本文對(duì)現(xiàn)有基于金屬組學(xué)方法分析廢水中絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)的研究進(jìn)行了歸納與評(píng)述,以期為絡(luò)合態(tài)重金屬廢水中復(fù)雜形態(tài)的識(shí)別提供借鑒。

目前針對(duì)絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的常用處理技術(shù)主要包括化學(xué)沉淀法、氧化法、膜分離法和吸附法等[8]?；瘜W(xué)沉淀法一般用于高濃度絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的處理,具有成本低、易操作和分離效果好等優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中存在沉淀膠體固液分離困難和硫源異味等問題[9]。氧化法具有反應(yīng)快和效率高等特點(diǎn),但在實(shí)際處理過程中存在氧化劑用量大和成本高等問題。膜分離法具有高效、簡單和節(jié)能等優(yōu)勢,但存在選擇性有限、壽命短、清洗和維護(hù)困難等問題。吸附法具有操作簡便、能耗低和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是去除水中污染物的有效控制技術(shù)之一[10]。本文綜述了吸附凈化技術(shù)在絡(luò)合態(tài)重金屬廢水處理中的研究進(jìn)展,以期為絡(luò)合態(tài)重金屬廢水高效處理提供參考。

1 金屬組學(xué)方法識(shí)別水中絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)

乙二胺四乙酸鹽、檸檬酸鹽和酒石酸鹽等多種絡(luò)合劑的存在導(dǎo)致工業(yè)廢水中絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)十分復(fù)雜。傳統(tǒng)基于重金屬離子濃度和化學(xué)需氧量(COD)等粗略信息,難以準(zhǔn)確獲得絡(luò)合態(tài)重金屬的性質(zhì)和特征,導(dǎo)致對(duì)此類廢水的凈化處理極具挑戰(zhàn)。因此,對(duì)其形態(tài)的識(shí)別是處理含絡(luò)合態(tài)重金屬工業(yè)廢水的前提和關(guān)鍵。

金屬組學(xué)形態(tài)識(shí)別過程包括提取(酸堿提取、酶解等)、分離[氣相色譜(GC)、液相色譜(LC)、電色譜(EC)等]、檢測[電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、ICP-OES等]、鑒定[MALDI-TOF-MS、電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)等]和結(jié)構(gòu)分析[XAS、核磁共振質(zhì)譜(NMR)等]等[4,11]。金屬組學(xué)是研究水中絡(luò)合態(tài)重金屬復(fù)雜形態(tài)和結(jié)構(gòu)的最有力工具之一。PHILLIPS等[12]采用X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜(XANES)和衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)測量Cu的L邊,對(duì)水溶液中含銅絡(luò)合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析,發(fā)現(xiàn)蘋果酸銅具有5/6-O環(huán)結(jié)構(gòu),乙二胺四乙酸銅具有五齒配位結(jié)構(gòu)(圖1)。

圖1 (a)Cu-配體溶液中Cu L3邊的XANES譜圖;(b)Cu-蘋果酸和(c)Cu-EDTA的ATR-FTIR譜圖以及形態(tài)分布圖[12]Figure 1 (a)XANES spectrum of copper L3-edge in Cu-ligand solutions;ATR-FTIR spectra and morphology distribution of(b)Cu-malate and(c)Cu-EDTA.[12]

常見的組合質(zhì)譜(MS)技術(shù)也可對(duì)天然鎳絡(luò)合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征[13]。SHAN等[14]對(duì)臭氧氧化+吸附組合工藝處理前后的化學(xué)鍍鎳廢水中Ni(Ⅱ)絡(luò)合物的形態(tài)進(jìn)行分析(圖2)。陽離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(CIC-ICP-MS)和陰離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(AIC-ICP-MS)結(jié)果表明,化學(xué)鍍鎳廢水中存在游離Ni(Ⅱ)和非游離Ni(Ⅱ),臭氧氧化后Ni(Ⅱ)絡(luò)合物被有效降解。通過尺寸排阻色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(SEC-ICP-MS)分析顯示臭氧氧化后Ni(Ⅱ)絡(luò)合物的分子尺寸減小。高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(HPLC-ICP-MS)分析表明臭氧氧化后 Ni(Ⅱ)絡(luò)合物的降解產(chǎn)物極性增加。采用高效液相色譜電噴霧離子源高分辨質(zhì)譜(HPLC-ESI-HRMS)鑒定結(jié)果表明,有4種Ni(Ⅱ)絡(luò)合物的配體中含有N。此工作為基于分子識(shí)別的實(shí)際廢水處理提供了新思路。此外,三維熒光和高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(HPLC-QTOF-MS)也可用于分析電鍍廢水中Ni(Ⅱ)絡(luò)合物在臭氧氧化處理前后的形態(tài)變化[15]。

圖2 臭氧結(jié)合吸附技術(shù)處理化學(xué)鍍鎳廢水中含Ni(Ⅱ)絡(luò)合物形態(tài)分析及其工藝流程圖[14]Figure 2 Morphological analysis and flowchart of the Ni(Ⅱ)complexes treatment in electroless nickel plating wastewater by ozone and adsorption.[14]

2 用于絡(luò)合態(tài)重金屬去除的常見吸附劑

吸附法因其操作簡單、速率快、環(huán)境友好等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)廢水處理中。去除絡(luò)合態(tài)重金屬的吸附劑通常具有氨基、羥基等官能團(tuán),可通過絡(luò)合或形成氫鍵等與絡(luò)合態(tài)重金屬中的金屬離子或有機(jī)配體相互作用。常見用于絡(luò)合態(tài)重金屬的吸附劑種類主要包括炭基吸附劑、鐵基納米材料、聚合物材料、納米金屬氧化物、金屬有機(jī)骨架材料等。

2.1 炭基吸附劑

炭基吸附劑主要包括活性炭、生物炭、石墨烯、碳納米管等材料。其中,活性炭具有多孔結(jié)構(gòu)、高吸附容量和高機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn),是處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水中最常用的吸附劑之一[16]。

活性炭纖維(ACF)是一種具有更高比表面積的活性炭[17]。TENG等[18]合成了一種殼聚糖(CS)改性的ACF復(fù)合材料(CS/ACF),研究發(fā)現(xiàn)CS/ACF對(duì)電鍍廢水中Pb(Ⅱ)-EDTA的吸附可在30 min內(nèi)達(dá)到平衡,去除率為99.40%。通過XPS和FT-IR等表征手段證明CS/ACF對(duì)Pb(Ⅱ)-EDTA的優(yōu)異吸附性能主要?dú)w因于:1)Pb(Ⅱ)-EDTA通過配體交換與CS/ACF中含氮官能團(tuán)發(fā)生內(nèi)球絡(luò)合;2)Pb(Ⅱ)-EDTA中H原子與CS/ACF中含氮官能團(tuán)的N原子之間形成氫鍵;3)靜電相互作用;4)孔填充等作用機(jī)制。

2.2 鐵基納米材料

鐵基納米材料具有高比表面積、高反應(yīng)活性以及氧化還原性質(zhì),可結(jié)合吸附或共沉淀過程去除絡(luò)合態(tài)重金屬[19]。鐵基納米材料一般分為納米零價(jià)鐵(nZVI)、鐵(羥基)氧化物和改性鐵基納米材料等。

2.2.1 納米零價(jià)鐵(Nanoscale Zero-Valent Iron,nZVI)

在水環(huán)境中,nZVI會(huì)被溶解氧氧化生成鐵氧化物并包裹在其外部[20]。 nZVI具有獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)與優(yōu)越的電子傳遞能力,可通過還原、吸附和共沉淀的組合方式,快速去除重金屬離子及有機(jī)污染物[21]。

nZVI可通過硫化、磷酸和雙金屬等方法改性以克服易團(tuán)聚、鈍化等缺點(diǎn)[22]。LIU等[23]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)硫化改性的nZVI(S-ZVI)能夠在60 min內(nèi)完全去除腐植酸(HA)絡(luò)合的Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和As(Ⅲ)。S-ZVI可以通過鐵氧化物外殼實(shí)現(xiàn)將HA絡(luò)合的重金屬成功解絡(luò)(圖3),并且釋放的重金屬離子可以通過形成金屬硫化物和/或吸附在S-ZVI體系中生成的鐵氫氧化物表面而得到有效去除。LIAO等[24]研究發(fā)現(xiàn)草酸改性的nZVI(Ox-ZVI)可以在近中性條件下一步解絡(luò)Cr(Ⅲ)-EDTA,且過程中不產(chǎn)生有毒的Cr(Ⅵ)。Ox-ZVI表面的草酸亞鐵外殼通過吸附和活化O2產(chǎn)生1O2活性物種,從而選擇性斷裂Cr(Ⅲ)-EDTA中的Cr—O和Cr—N鍵,同時(shí)釋放的Cr(Ⅲ)以Cr(OH)3形式原位沉淀在Ox-ZVI表面,EDTA配體則被產(chǎn)生的·OH降解。

圖3 (a)AC、ACF和CS/ACF對(duì)Pb(Ⅱ)-EDTA的去除效率;(b)CS/ACF對(duì)Pb(Ⅱ)-EDTA的吸附機(jī)制[18];(c)Ox-ZVI對(duì)Cr(Ⅲ)-EDTA的解絡(luò)機(jī)理圖[24]Figure 3 (a)The removal efficiency of Pb(Ⅱ)-EDTA by AC,ACF,and CS/ACF;(b)Adsorption mechanism of Pb(Ⅱ)-EDTA on CS/ACF [18];(c)Decomplexation mechanism diagram of Cr(Ⅲ)-EDTA by Ox-ZVI[24].

2.2.2 水鐵礦(Ferrihydrite,Fh)

Fh是一種弱結(jié)晶的納米鐵氫氧化物[25],具有高比表面積和表面活性,可以通過吸附和共沉淀作用去除與水中污染物[26]。

有研究報(bào)道,當(dāng)Fh中摻雜部分Al時(shí),可進(jìn)一步增強(qiáng)其穩(wěn)定性[27]。ZHANG等[28]制備了不同Al摻雜量的水鐵礦(Fh-Al)吸附劑,用于去除水中Cr(Ⅲ)-EDTA。結(jié)果表明,Fh-Al-6[Al/(Al+Fe)的摩爾比為6%]可一步吸附Cr(Ⅲ)-EDTA絡(luò)合物,其最大吸附容量為41.47 mg/g(pH=3時(shí)),并可用Na2SO4溶液(2 g/L)處理再生。Fh-Al對(duì)Cr(Ⅲ)-EDTA的可能吸附機(jī)理是表面絡(luò)合和靜電吸引作用。

2.3 聚合物材料

2.3.1 表面印跡聚合物(Surface Imprinted Polymers,SIPs)

分子印跡聚合物(MIPs)是一種對(duì)某些特定分子具有專一識(shí)別特性的特殊材料,具有較高的親和性與選擇性,在免疫分析、疾病治療和細(xì)胞成像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用[29-30]。

傳統(tǒng)MIPs存在傳質(zhì)慢、動(dòng)態(tài)性能差、機(jī)械強(qiáng)度低等缺點(diǎn),可通過在載流子表面形成印跡層來避免,即表面印跡聚合物(SIPs)[31]。SUN等[32]通過將聚乙烯亞胺(PEI)接枝在氯甲基聚苯乙烯(CMP)微球上,合成了一種新型表面印跡聚合物(Cu-CA-SIP)用于選擇性去除水中檸檬酸銅[Cu(Ⅱ)-CA]。在低Cu(Ⅱ)-CA濃度下(0.5 mmol/L),Cu-CA-SIP對(duì)Cu(Ⅱ)的去除率接近100%,最大吸附容量為1.38 mmol/g。在Cu(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)-CA,Cu(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)-CA,Cu(Ⅱ)/Zn(Ⅱ)-CA和Cu(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)-CA共存體系中,Cu-CA-SIP對(duì)Cu(Ⅱ)-CA的選擇性系數(shù)分別為9.66、2.32、1.40和44.55。Cu-CA-SIP對(duì)不同重金屬絡(luò)合物的吸附機(jī)理包括靜電和配位相互作用以及配位構(gòu)型識(shí)別。

2.3.2 樹脂聚合物

合成樹脂是人工合成的一類高分子聚合物,具有高吸附效率和易被官能團(tuán)修飾等特點(diǎn)[33]。

合成樹脂種類繁多,其中聚苯乙烯基多胺樹脂和聚氨基乙酸樹脂能夠有效去除水中檸檬酸重金屬絡(luò)合物,絡(luò)合吸附和表面解絡(luò)-橋連是潛在吸附機(jī)制[34-35]。LING等[36]采用含有亞胺二乙酸基的D463樹脂和多胺基的PAMD樹脂去除氨(AA)和/或焦磷酸鹽(PP)共存體系中的Ni(Ⅱ),研究發(fā)現(xiàn)AA和PP分別降低了D463對(duì)Ni(Ⅱ)的吸附,但提高了PAMD對(duì)Ni(Ⅱ)的吸附。經(jīng)DFT/XPS分析證實(shí),Ni(Ⅱ)絡(luò)合物解絡(luò)是D463捕獲Ni(Ⅱ)的主要機(jī)制;而PAMD與NiP2O72-之間的雙位點(diǎn)作用(靜電吸引)是增強(qiáng)Ni(Ⅱ)被吸附在PAMD上的主要原因。

2.4 納米金屬氧化物

納米金屬氧化物[Fe(Ⅲ)、Zr(Ⅳ)、Mn(Ⅳ)等氧化物]具有高比表面積、高化學(xué)活性、易合成和成本低等優(yōu)點(diǎn),在特異性去除絡(luò)合態(tài)重金屬方面具有潛在應(yīng)用前景[37-39]。

有研究報(bào)道草酸等有機(jī)酸通過形成Fe-羧基-Ni三元配合物,增強(qiáng)氧化鐵對(duì)Ni(Ⅱ)的吸附能力[40]。南京大學(xué)ZHANG等[41]通過將納米氧化鋯(HZO NPs)負(fù)載在陰離子交換劑D201中制備復(fù)合材料HZO-201,用于去除高鹽廢水中Cu(Ⅱ)-CA。結(jié)果顯示,HZO-201對(duì)Cu(Ⅱ)-CA的吸附容量約為130 mg Cu/g-Zr。HZO-201對(duì)草酸、酒石酸和琥珀酸絡(luò)合物也具有較好吸附效果。通過掃描透射電子顯微鏡-能量色散光譜(STEM-EDS)、ATR-FTIR和XPS等多種表征結(jié)果可知Cu(Ⅱ)、檸檬酸配體和納米HZO之間形成三元配合物是主要吸附機(jī)制如圖4(a)所示。

圖4 (a)HZO-201對(duì)Cu(Ⅱ)-CA的吸附[41];(b)UiO-66(Zr)對(duì)三種EDTA絡(luò)合物的動(dòng)力學(xué)吸附曲線;(c)UiO-66(Zr)及活性炭對(duì)重金屬-EDTA絡(luò)合物的吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)比;(d)三種EDTA絡(luò)合物在UiO-66(Zr)八面體籠中的最有利位置及其吸附能[44]Figure 4 (a)Adsorption of Cu(Ⅱ)-CA by HZO-201[41];(b)Kinetic adsorption curves of EDTA-complexed heavy metals on UiO-66(Zr);(c)Adsorption kinetics comparison of heavy metal-EDTA complex by UiO-66(Zr)and activated carbon;(d)The most favorable location and adsorption energies of three EDTA complexes in UiO-66(Zr)octahedral cages [44].

2.5 金屬有機(jī)骨架材料

金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)是由無機(jī)金屬中心(金屬離子或金屬簇)與橋連的有機(jī)配體通過自組裝相互連接,形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料[42-43],具有高孔隙率、大比表面積、孔道可調(diào)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣性等優(yōu)勢,得到廣大研究者的關(guān)注。

MOFs去除重金屬離子的應(yīng)用已較為廣泛,但其處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的研究還較為稀缺。LOU等[44]采用UiO-66(Zr)粉末材料去除水中EDTA絡(luò)合物。研究發(fā)現(xiàn),其對(duì)于單一EDTA絡(luò)合的Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)均具有快速但有區(qū)別的動(dòng)力學(xué)吸附速率(最快5 min可達(dá)到吸附平衡)和較高的吸附容量(最高可達(dá)120 mg/g,遠(yuǎn)高于活性炭的2.56 mg/g)(表1)。通過DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)Cu(Ⅱ)-EDTA與UiO-66(Zr)的結(jié)合能高達(dá)301 kJ/mol,且不同重金屬絡(luò)合物之間差異較大,初步推測二者之間的作用機(jī)制主要是通過路易斯酸/堿配合作用和陰離子-π作用。南京大學(xué)郭琳穎等[45]通過希夫堿反應(yīng)制備得到聚乙烯亞胺改性的UiO-66(Zr)(UiO-PEI)用于選擇性吸附檸檬酸鉻[Cr(Ⅲ)-CA],結(jié)果表明,UiO-PEI對(duì)Cr(Ⅲ)-CA的飽和吸附容量為58.39 mg/g,是UiO-66(Zr)的3倍。吸附機(jī)制主要為UiO-PEI通過豐富的氨基官能團(tuán)與Cr(Ⅲ)-CA形成穩(wěn)定絡(luò)合結(jié)構(gòu),包括兩種作用途徑:1)Cr(Ⅲ)-CA中的Cr金屬端與UiO-PEI中的氨基形成氫鍵;2)Cr(Ⅲ)-CA中的羧基與UiO-PEI中的氨基通過希夫堿反應(yīng)形成C—N鍵。

表1 不同吸附劑對(duì)絡(luò)合態(tài)重金屬的最大吸附容量和吸附機(jī)制

3 吸附耦合其他工藝處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水

除了用單一的吸附法去除絡(luò)合態(tài)重金屬外,吸附還可以耦合其他水污染修復(fù)技術(shù)用于處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水,與吸附法相關(guān)的復(fù)合工藝在特定情況下可以更有選擇性和徹底性地去除絡(luò)合態(tài)重金屬。

3.1 Fe(Ⅲ)驅(qū)動(dòng)的UV/Air工藝技術(shù)結(jié)合吸附技術(shù)

YUAN等[46]通過使用一種組合工藝來增強(qiáng)EDTA絡(luò)合系統(tǒng)中重金屬的回收,首先采用少量Fe(Ⅲ)驅(qū)動(dòng)的UV/Air工藝技術(shù)(LFUA)快速解絡(luò)EDTA絡(luò)合物,隨后使用螯合樹脂吸附(CRA)解離的重金屬離子。在LFUA工藝過程中,Fe(Ⅲ)取代EDTA絡(luò)合物中的重金屬離子生成Fe(Ⅲ)-EDTA,通過配體-金屬電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)(LMCT)直接光解Fe(Ⅲ)-EDTA,并通過HO2·/O2·-間接光解EDTA配體。隨后采用D463樹脂對(duì)經(jīng)LFUA工藝解絡(luò)的重金屬離子進(jìn)行吸附[圖5(a)]。結(jié)果表明,與直接吸附法相比,采用LFUA工藝后,D463樹脂對(duì)解離重金屬離子的吸附容量(64.5 mg/L)至少提高2個(gè)數(shù)量級(jí),且剩余Cu(Ⅱ)濃度低于0.5 mg/L。LFUA+CRA的集成工藝因具有經(jīng)濟(jì)可行性、實(shí)際應(yīng)用性和清潔環(huán)保性,被認(rèn)為是一種去除廢水中絡(luò)合態(tài)重金屬和回收重金屬離子的有效工藝。

圖5 (a)LFUA工藝的反應(yīng)機(jī)理圖[46];(b)芬頓反應(yīng)輔助BC-MnOx去除Cu(Ⅱ)-EDTA的機(jī)理圖[47]Figure 5 (a)Reaction mechanism during LFUA process[46];(b)Mechanism diagram of removal of Cu(Ⅱ)-EDTA by Fenton reaction-assisted BC-MnOx[47].

3.2 芬頓氧化協(xié)同吸附技術(shù)

協(xié)同方法在重金屬污染處理方面被廣泛應(yīng)用。ZHU等[47]采用多價(jià)納米氧化錳改性的生物炭(BC-MnOx)進(jìn)行協(xié)同吸附和芬頓反應(yīng)催化,以去除水中Cu(Ⅱ)-EDTA,該體系對(duì)銅和總有機(jī)碳的去除率分別達(dá)到94.67%和92.79%。BC-MnOx催化芬頓反應(yīng)生成的羥基自由基(HO·)能夠攻擊Cu(Ⅱ)-EDTA,并通過在不同位置同時(shí)脫羧釋放出低分子量的有機(jī)-Cu絡(luò)合物,同時(shí)這些被釋放出的物質(zhì)被BC-MnOx吸附[圖5(b)]。此BC-MnOx具有高效去除絡(luò)合態(tài)銅、穩(wěn)定性高、成本低以及獲得性廣等優(yōu)點(diǎn),為去除重金屬絡(luò)合物的實(shí)際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 展望

絡(luò)合態(tài)重金屬結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、形態(tài)復(fù)雜,傳統(tǒng)用于游離態(tài)重金屬處理的化學(xué)沉淀等方法已難以對(duì)其有效去除。為了滿足我國日益嚴(yán)格的重金屬廢水排放標(biāo)準(zhǔn),需要在準(zhǔn)確識(shí)別水中絡(luò)合態(tài)重金屬形態(tài)的基礎(chǔ)上,不斷探索和研究處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的新技術(shù)和新方法。吸附法具有操作簡單、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可在處理絡(luò)合態(tài)重金屬廢水中發(fā)揮非常重要的作用。

目前絡(luò)合態(tài)重金屬廢水處理方面仍面臨一些科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn)。首先,當(dāng)前基于金屬組學(xué)的絡(luò)合態(tài)重金屬識(shí)別和形態(tài)分析方法總體仍較為繁瑣復(fù)雜,且對(duì)技術(shù)分析人員的能力要求較高,不利于開展現(xiàn)場快速檢測和普及使用。發(fā)展簡單、快速的分析方法和便攜設(shè)備十分必要。其次,實(shí)際環(huán)境中絡(luò)合態(tài)重金屬的形態(tài)可能會(huì)隨吸附過程中pH值等影響因素存在動(dòng)態(tài)變化,進(jìn)一步增加了機(jī)制分析的難度。借助現(xiàn)代表征技術(shù)特別是原位分析手段并與理論計(jì)算相結(jié)合,有助于深入了解絡(luò)合態(tài)重金屬與吸附材料之間的作用機(jī)制,指導(dǎo)新型高選擇性吸附劑的設(shè)計(jì)開發(fā)。再者,目前報(bào)道的吸附材料多停留在實(shí)驗(yàn)室制備階段,成本較高,限制了其在實(shí)際水處理中的應(yīng)用。開發(fā)低成本、高效和可循環(huán)使用的吸附材料便成為關(guān)鍵。最后,考慮到絡(luò)合態(tài)重金屬廢水成分復(fù)雜,且吸附劑的吸附容量有限,采用吸附與其他工藝的耦合技術(shù),對(duì)實(shí)現(xiàn)絡(luò)合態(tài)重金屬廢水的經(jīng)濟(jì)和高效凈化處理有著更大的發(fā)展前景。