生物質吸附材料的研究進展

王 偉

（河南佳昱環境科技有限公司 河南鄭州 450000）

1 引言

生物質吸附劑主要有活性炭類、粘土類、工業廢物類、農業廢料類等。

2 吸附劑研究

2.1 活性炭材料

活性炭材料一般來源于一些天然物質，如生物質材料、煤等，幾乎所有含碳材料都可以用于制備活性炭。研究者們嘗試用不同性質的材料來制備活性炭吸附劑，如椰子殼、棗核、稻殼、花生殼、稻草、橄欖種子、黃麻、藤條鋸屑、棕櫚樹皮、杏樹皮等。

利用生物質材料制備的活性炭表現出了良好的吸附性能，Kannan[1]用稻草制備活性炭，吸附量為472.1 mg/g。由生物質材料制備的活性炭，其吸附性能受到原材料性質，處理條件（熱解、活化等），制備工藝的影響較大，即使處理方法和條件相同，得到的活性炭的性能也可能是不同的，因為其吸附性能還受到活性炭的表面化學性質、電荷、孔隙結構等因素的影響。性能好的活性炭，一般有好的孔隙結構，其比表面積也比較大。但是Guo[2]的研究顯示：吸附量并不隨比表面積的增大而不斷增加。吸附量除了受活性炭的物理結構影響外，其表面的化學性質也對吸附性能影響較大，如表面的酸堿性。此外，吸附量還與污染物分子大小，吸附劑內部孔徑的大小有關。

活性炭被用作吸附劑的成本較高，不利于大規模的工業化廢水處理，因此需要研究出成本低并可廣泛應用的新型吸附劑。

2.2 粘土吸附劑

粘土是一種水合鋁硅酸鹽材料，表面帶有離子，可以通過吸附、離子交換去除污染物質。粘土表面的離子有Mg2+、Ca2+、K+、H+、Na+、NH4+、Cl-、SO42-、NO3-、PO43-等，與其它的離子進行離子交換，去除污染物。天然的粘土存量大、成本低、離子交換能力強、吸附性能好，可以作為優良的吸附劑材料。如蛭石粘土有很大的比表面，較強的離子交換能力，但市場價格卻是活性炭的1/20。

有研究顯示硅藻土吸附過程為物理吸附，與吸附劑表面的比表面積、染料分子、孔徑結構的大小有關，同時也存在靜電作用。Bagane[3]研究了粘土對亞甲基藍的吸附，表明粘土的吸附量為300 mg/g，吸附效果較好。這些天然材料成本低、使用簡單方便、吸附性能好，可以取代活性炭用作吸附劑。

2.3 工業廢物材料

工業廢料存量大、處理簡單，被研究用作吸附劑。工業廢物中粉煤灰、紅泥被用作去除污水中染料的吸附劑。粉煤灰是電廠產生的廢物，受材料本身性質的影響，吸附性能變化較大。研究者使用粉煤灰吸附水中的亞甲基藍，發現：未處理的吸附量為4.47 mg/g，經過熱處理吸附量下降，但經硝酸處理后粉煤灰的吸附量上升為7.99 mg/g。

紅泥是氧化鋁生產過程中產生的固體廢物，對紅泥進行物理化學處理，顯示紅泥對水溶液中亞甲基藍的吸附量顯著提高。

2.4 農業廢棄材料

農業廢棄材料有莖、葉子、種子、果皮等，林業廢料有樹皮、鋸屑等。研究者嘗試使用這些材料用作吸附質，去除廢水中的染料污染物。此種廢料成本低、存量大并有成為吸附劑的物理化學特性。

Ferrero分別用榛子殼粉、胡桃木屑、橡膠木屑、櫻桃木屑、脂松鋸屑做吸附劑去除水溶液中的亞甲基藍和酸性藍25，研究了柱吸附實驗和批次實驗。實驗說明吸附過程符合準二級吸附動力學，平衡等溫線研究說明吸附過程符合Langmuir模型。研究者還發現對于吸附亞甲基藍來講，木屑的吸附性能好于同種材料制備的活性炭，可能因為木屑上含有大量的活性官能團，而活性炭上的活性官能團已被破壞，并且活性炭上的孔隙結構不足以使亞甲基藍分子進入，因此制成的活性炭吸附亞甲基藍的量會下降。

其它的一些農業副產物如木瓜種子、香蕉皮、南瓜種子殼、小白菊、橙皮等都已被研究用作吸附劑，有的材料已取得良好的吸附效果。

3 結語

雖然已有很多文獻資料研究了吸附劑對水溶液中染料的吸附機理，但由于吸附過程比較復雜，并同時受到多種因素影響（如靜電作用、鍵合作用），到目前為止，吸附機理也不是十分的明了，還需要做很多的研究工作。

[1]Kannan N,Sundaram M M,Kinetics and mechanism of removal of methylene blue by adsorption on various carbons— a comparative study[J].Dyes and Pigments,2001,51:25-40.

[2]Al-Ghouti M A,Khraisheh M A M,Allen SJ,et al.The removal of dyes from textile wastewater:a study of the physical characteristics and adsorption mechanisms of diatomaceous earth[J].Journal of Environmental Management,2003,69:229-238.