農林廢棄物對重金屬離子吸附的研究進展

李洪濤　薛松　馮家輝

摘 要：農林廢棄物改性或者直接用于吸附重金屬離子是目前的研究熱點。該文介紹了近年來國內關于農林廢棄物吸附重金屬離子的研究現狀以及影響農林廢棄物吸附吸附重金屬離子的主要因素。

關鍵詞：農林廢棄物 重金屬離子 吸附

中圖分類號：D64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0111-01

Abstract：Adsorption of heavy metal ions by modified or unmodified agricultural and forestry waste is a hot research currently. The research status was introduced about adsorption of heavy metal wastewater by Agricultural and forestry waste. The effects of major factors on adsorption were discussed.

Key words：agricultural and forestry waste heavy metal ions adsorption

1 引言

重金屬污染已成為世界面臨的主要環境問題。目前處理含重金屬廢水方法的一個共同缺點就是當處理濃度低于100 mg/L的廢水時，操作費用和原材料成本高，且易造成二次污染。生物吸附法因其來源廣成本低，吸附效果好，工藝簡單等優點，在低濃度重金屬離子的處理方面具有獨特優勢。

生物吸附材料可分為活體生物和非活體生物兩大類，前者主要是指各種微生物和藻類，利用本身的新陳代謝過程中具有的對重金屬離子的富集能力來實現水體的凈化；而后者則主要農作物收獲后留下的廢棄物，如甜菜渣，果渣，榛子殼，玉米芯，谷殼，樹皮，廢棄的茶葉，秸稈等[1]，它們主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，能提供羥基、羧基等活性基團與重金屬結合，可作為重金屬離子的高效吸附劑。我國每年都會產生大量的農林廢棄物，棄置于自然環境或者焚燒都會造成環境污染。利用農林廢棄物去除重金屬離子相當于以廢治廢，因此具有廣闊的應用前景[2]。

2 農林廢棄物吸附重金屬離子的研究現狀

邱兆富等[3]研究了蟹殼對水中鎳離子的吸附，發現蟹殼生物吸附劑可有效去除水中的Ni2+。于春光等[4]發現山核桃殼對低溫水環境中銅離子具有很好的吸附效果。杜磊[5]利用芹菜渣對Cr（Ⅵ）的進行了吸附實驗，結果表明：芹菜渣對Cr（Ⅵ）有一定的吸附作用，對于中低濃度的Cr（Ⅵ）溶液，芹菜渣的吸附效果好于活性炭。李蓮[6]等人利用豆渣對水中Cd2+和Zn2+進行吸附，未經任何化學預處理的情況下，對水中Cd2+和Zn2+都有很好的去除效果。

為進一步提高吸附效果，很多研究者采用改性的方法來促進農林廢棄物對重金屬離子的吸附。郭學益等人[7]以柿子粉為基本原料，通過硝酸和硫酸兩種化學改性方法制備新型吸附劑。實驗結果表明：改性后的柿子粉Cu2+和 Pb2+的最大吸附容量均較天然柿子粉有顯著提高。李芳清等人[8]采用丙酮、檸檬酸分別處理桂圓殼，之后考察他們對Zn2+的吸附性能，發現在pH值=2時，由丙酮處理過的桂圓殼粉的吸附能力最強，由檸檬酸處理的桂圓殼粉在pH值=7時吸附能力最好。

3 影響農林廢棄物吸附的因素

3.1 pH值

對大多數吸附劑而言，pH值是影響吸附量的決定因素，pH值顯著影響吸附劑表面位點的帶電性和重金屬的溶液化學反應過程。在低pH值時，H+與金屬陽離子競爭吸附劑的表面活性位點，因此金屬吸附量較低。另外，pH值變化會顯著改變吸附劑的表面電荷，因此在一定范圍的高pH值時，吸附劑表面帶更多的負電荷，使其對陽離子具有更強的吸引力。

3.2 溫度

溫度在一定程度上影響茶廢棄物對溶液中重金屬的吸附容量，但與pH值相比，溫度對生物吸附的影響有限。

3.3 重金屬離子初始濃度與吸附劑的投入量

一般認為重金屬離子的吸附過程與重金屬離子濃度和生物吸附劑的投入量之間的比值有關，增大重金屬離子初始濃度可以使離子初始吸附速率增大。在一定范圍內，重金屬離子濃度與吸附劑用量的比值越大，吸附劑的吸附量就越大，直到達到飽和狀態。

3.4 吸附時間

吸附時間是保證吸附達到平衡，有效去除重金屬離子的重要條件。一般而言，生物吸附劑需要2～4 h或更長時間才會達到較理想的去除效果。在一定的時間范圍內，對金屬離子的去除率有提高。但是在對不同金屬離子進行吸附時，吸附時間存在一定的差異。

3.5 吸附劑的粒徑

吸附劑的粒徑是影響重金屬吸附的重要參數。吸附劑的表面積因粒徑不同而差異很大，從而對吸附效率產生影響。一般情況下，吸附劑的粒徑越小，表面積越大，金屬離子與吸附位點相互作用的機會越多，金屬吸附率越高，但是吸附劑粒徑過大，過小均不利于吸附效率的提高。

參考文獻

[1] 馮寧川，郭學益，梁莎，等.橘子皮皂化改性及其對重金屬離子的吸附[J].環境工程學報，2011，5（1）：12-15.

[2] 劉傳富，張愛萍，孫潤倉，等.農林廢棄物用作重金屬離子吸附劑的研究進展[J].林產工業，2007，34（5）：6-9.

[3] 邱兆富，呂樹光，洪麗云，等.蟹殼生物吸附劑對水中鎳離子的吸附研究[J].凈水技術，2008，27（1）：50-53.

[4] 于春光，杜茂安.山核桃對低溫水環境中銅離子的吸附效果[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2011， 30（6）：900-904.

[5] 杜磊.芹菜渣對Cr6+的吸附實驗[J].食品工業科技，2012（7）：146-153.

[6] 李蓮，袁興中，劉先鋒，等.豆渣對水中Cd2+和Zn2+的吸附[J].化工環保，2008，28（4）：296-299.

[7] 郭學益.改性柿子生物吸附劑對銅和鉛的吸附性能[J].中國有色金屬學報，2012，22（2）：599-603.

[8] 李芳清，許劍平.改性桂圓殼吸附廢水中的Zn2+[J].東華理工大學學報（自然科學版），2011，34（4），384-388.endprint