復(fù)合材料對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)濟飛速發(fā)展的同時，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行優(yōu)化組合，復(fù)合材料具有組分的優(yōu)點的同時，還具有性能優(yōu)越，適用性廣泛的特點。本文通過對重金屬的危害出發(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)用研究進展，并對其應(yīng)用前景進行了總結(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)濟水平得到了顯著的提升，工農(nóng)業(yè)發(fā)展進程不斷加快，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)進入人體，對人體器官產(chǎn)生慢性毒害作用，嚴(yán)重時發(fā)生癌變甚至死亡。（2）汞具有較強的蓄積性，能夠與人體內(nèi)的大分子產(chǎn)生共價結(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會產(chǎn)生嚴(yán)重的中毒現(xiàn)象。（4）鎘可以通過呼吸或者攝食進入人體，對呼吸道產(chǎn)生嚴(yán)重的刺激，嚴(yán)重時可以使嗅覺喪失，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行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進行固液分離的方式進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，將金屬離子進行還原，再將其轉(zhuǎn)化為沉淀物進行除去，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行置換反應(yīng)，從而進行重金屬的去除。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行氣浮使其到達液面。電氧化還原法是利用氧化或還原產(chǎn)物進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展

隨著對于污水中重金屬的處理處置方法的研究加深，吸附法因為其操作簡單、吸附材料多、吸附性能高定特點得到廣泛應(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行乙酸乙酯改性發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭顯著增強了重金屬吸附性能。碳納米管對于重金屬離子的吸附性能有限，因此也要將其進行改性處理。Tong等將碳納米管進行單寧酸改性發(fā)現(xiàn)其大大縮減了吸附平衡時間，同時對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行重氮反應(yīng)共價接枝發(fā)現(xiàn)大大縮短了鐵通鉛的吸附平衡時間。

（二）無機吸附材料。無機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問題。詹旭通過研究累托石對鉛的吸附性能發(fā)現(xiàn)改性后的累托石具備更好的吸附性能。Li等將PS-EDTA樹脂進行三元水化合氧化物進行改性發(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行復(fù)合而形成的新型材料，一般具有較強的吸附性能。

（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行污水中重金屬吸附是研究重點問題。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Cu2+，Mn2+，Ni2+和Co2+吸附性能。Repo等發(fā)現(xiàn)羧酸基團能夠顯著提升殼聚糖對于水中Ni2+和Co2+的吸附容量。Chen等研究發(fā)現(xiàn)引入硫醇基團顯著提升;的磁性殼聚糖對Co2+的吸附性能，顯著提升了吸附速率。

（2）可以根據(jù)實際應(yīng)用需要進行針對性制備。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/無機復(fù)合型吸附材料。高分子/無機復(fù)合型材料由將有機相高分子和無機相材料經(jīng)由某種方式進行結(jié)合產(chǎn)生，表現(xiàn)為更強的親水性能儀器穩(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苯酸的去除效果。陳維璞等凝膠球顯著提升了對于Cu2+的吸附性能。在實際研究和應(yīng)用中，應(yīng)針對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復(fù)合型吸附材料。

（三）無機/無機復(fù)合型吸附材料。無機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。無機材料的復(fù)合是研究的焦點問題，復(fù)合材料具備較強的機械性能熱化學(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大大縮減了平衡所需要的時間，表現(xiàn)為更為優(yōu)異的吸附性能，近十幾年來對于復(fù)合材料的研究較多，今后可以設(shè)計和制備更多的復(fù)合材料，進行高穩(wěn)定性、高效吸附以及分離能力強和高分離速率的復(fù)合材料的研究制備，將理論計算與實驗相結(jié)合，系統(tǒng)的研究其吸附作用機理機制，進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驗驗證和理論支撐，進而解決環(huán)境污染問題。

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