復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：經濟飛速發展的同時，工農業生產以及人民的生活產生的廢水也越來越多，對水環境以及土壤環境產生了嚴重的污染，農產品存在著嚴重的重金屬污染，對于人類的健康產生著潛在的脅迫，因此重金屬污染的吸附處置是當今的研究熱點問題。復合材料是指將物化性質不同的兩種及以上的材料進行優化組合，復合材料具有組分的優點的同時，還具有性能優越，適用性廣泛的特點。本文通過對重金屬的危害出發，介紹了現階段污水中重金屬的去除方法，在此基礎上介紹了復合材料的應用研究進展，并對其應用前景進行了總結展望。

關鍵詞：污水處理;重金屬;復合材料;吸附性能

改革開放以來，我國的經濟水平得到了顯著的提升，工農業發展進程不斷加快，環境問題隨之而來，其中重金屬污染是首當其沖的問題，重金屬主要來源包含工業生產的廢水、廢渣以及廢氣、生活廢水以及農業生產中的污水灌溉以及農藥化肥的施用等。重金屬存在降解難、蓄積易、毒性大、難治理等問題，是現階段亟待處理的環境污染問題。

一、重金屬水污染及危害

水是人類賴以生存發展的重要自然資源。隨著全球人口的激增以及生產活動的增加，水資源的需求增加與水環境的惡化之間的沖突越來越深。工農業生產產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境造成了嚴重的污染，水體中的水可以直接或者經由農業生產間接對人體健康產生脅迫，因此水污染問題是全球面臨的最為嚴峻的環境問題之一，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業污染源、工業污染源、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，主要通過消化及呼吸系統進入人體，對人體器官產生慢性毒害作用，嚴重時發生癌變甚至死亡。（2）汞具有較強的蓄積性，能夠與人體內的大分子產生共價結合.（3）銅作為人體的必須的微量元素之一，人體內銅濃度積累到一定程度時會產生嚴重的中毒現象。（4）鎘可以通過呼吸或者攝食進入人體，對呼吸道產生嚴重的刺激，嚴重時可以使嗅覺喪失，鎘還能造成骨質疏松以及腎臟損害。

二、污水中重金屬的處理處置方法

（一）化學沉淀法。化學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反應，反應結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，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）電化學法。電化學法主要包含電凝聚、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用，現階段使用的吸附材料按照其化學結構可以分為碳性、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現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現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共價接枝發現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現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現改性后的樹脂表現為更好的汞吸附性能。

四、復合材料吸附污水中重金屬的研究進展

復合材料是指兩種及以上的不同理化性質的材料通過某種方法進行復合而形成的新型材料，一般具有較強的吸附性能。

（一）高分子復合型吸附材料。天然高分的吸附能力受其疏水性及其穩定性限制，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合吸附材料中具有明顯的優勢：

（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合材料中發現其顯著提升了對Cu2+，Mn2+，Ni2+和Co2+吸附性能。Repo等發現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等研究發現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）可以根據實際應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合泡沫來選擇性去除Pb2+。Lima等制備了醋酸纖維素殼聚糖復合膜來提取廢水中的Cu2+。

（二）高分子/無機復合型吸附材料。高分子/無機復合型材料由將有機相高分子和無機相材料經由某種方式進行結合產生，表現為更強的親水性能儀器穩定性。王瓊生等通過制備殼聚糖-黏土復合吸附劑發現殼聚糖顯著增加了吸附劑的穩定性。楊柳燕等將有機蒙脫土包埋在聚乙稀醇凝膠網絡中，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。在實際研究和應用中，應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合型吸附材料。

（三）無機/無機復合型吸附材料。無機吸附材料具有來源廣泛、種類繁多、成本低等優勢，廣泛應用于污水治理中。無機材料的復合是研究的焦點問題，復合材料具備較強的機械性能熱化學性能以及吸附性能。

五、總結與展望

復合型材料在單一材料的基礎性通過改性，顯著增加了其親水性能及其穩定性和吸附性能，增加了吸附容量的同時大大縮減了平衡所需要的時間，表現為更為優異的吸附性能，近十幾年來對于復合材料的研究較多，今后可以設計和制備更多的復合材料，進行高穩定性、高效吸附以及分離能力強和高分離速率的復合材料的研究制備，將理論計算與實驗相結合，系統的研究其吸附作用機理機制，進一步揭示吸附材料結構與吸附性能之間的關系，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，進而解決環境污染問題。

參考文獻：

[1]童敏曼，趙旭東，解麗婷，劉大歡，陽慶元，仲崇立.金屬-有機骨架材料用于廢水處理[J].化學進展，2012，24（09）：1646-1655.

[2]徐麗繁，廖偉名.金屬-有機框架材料去除水中重金屬Cr（Ⅵ）的研究進展[J].化工環保，2021，41（01）：19-26.

[3]李茹霞，鐘文彬，謝林華，謝亞勃，李建榮.金屬有機框架材料對Cr（Ⅵ）離子的吸附去除研究進展[J].無機化學學報，2021，37（03）：385-400.

[4]沈燕瓊，李啟彭.MOFs功能材料在重金屬廢水處理中的應用研究[J].廣東化工，2021，48（12）：134-135.