吸附法處理重金屬離子的研究進展
科學論壇
作者：張倚溯
中圖分類號：O6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0323-01
如今，隨著我國工業的迅猛發展，重金屬廢水大量排放，重金屬的汙染日益嚴重，且重金屬在自然條件下難於降解為無害物，可通過食物鏈富集進入人體，從而對人體健康造成危害。如何有效治理重金屬汙染已成為人們共同關注的問題。重金屬廢水主要含有鉻、鎳、銅、鋅、汞、錳、鎘、釩及錫等有毒重金屬離子，而且它的來源很廣，如礦山排水、廢石場淋濾水、選礦場尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗廢水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水及電解、農藥、醫藥、油漆和染料等各種工業廢水。因此，如何科學實用有效地處理重金屬離子廢水已經成為國內外科研工作者研究的熱點之一。目前對重金屬廢水的處理方法主要有：化學沉澱法、氧化還原法、吸附法、電解法、電滲析法、濃縮法、生物法等。其中，吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而且不會產生二次汙染，一直受到人們的青睞。本文將圍繞吸附法的吸附劑種類展開論述。
1.活性炭 活性炭是用生物有機物質（包括煤、石油、瀝青等）經炭化、活化等一係列工序製成的一種無定形炭，其擁有比表麵積高、孔容大、孔徑分布可控、表麵化學性質可調、高吸附容量、穩定的物理化學性質和高機械強度等特點和性質。因此被廣泛地用作重金屬離子的吸附劑。活性炭的吸附性能主要由其物理、化學性質共同決定。活性炭可根據重金屬離子物理化學性質以及所處化學環境的不同，對活性炭的物理結構和表麵化學性質進行有針對性的調控，以實現活性炭對工業廢水中重金屬離子的快速、高效吸附。活性炭是一種極優良的吸附劑，在處理中重金屬廢水方麵主要有以下四個優點：（1）吸附容量大，處理效果好；（2）無需添加任何氧化劑、絮凝劑等化學試劑；（3）對重金屬離子的吸附穩定性好、選擇性高；（4）可與難被自然界微生物降解的重金屬離子一起填埋，防治再次汙染水體，不存在二次汙染問題。隻是活性炭的價格比較貴，再生困難而且壽命短，所以限製了它的廣泛使用。
2.沸石 天然沸石，是以四麵體立體結構存在的鋁矽酸鹽，它的多孔結構特征使其具有優異的催化、離子交換和吸附性能，因而被廣泛應用於石油化工、土壤改良、廢水處理等領域。其中斜發沸石的利用價值最高，它對很多重金屬離子如：Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+等選擇交換能力很強，對Pb2+和Cd2+的交換能力是最高的。實驗結果表明，當離子濃度和沸石一定時，溶液的PH值越大，越有利於吸附；溶液溫度在15℃～35℃範圍內，溫度越高，沸石的吸附容量越大。除此之外，許多研究者還發現，沸石的選擇性與離子交換能力，取決於對沸石的預處理方法。若將天然沸石經過適當改性後，進行了去除電鍍廢水中重金屬離子的研究與去除溶液中Pb2+、Cu2+的吸附研究。結果表明：用沸石對電鍍廢水進行處理時，其最佳過流速度為4～5m3/h，此時鋅、鉻、鎳的有效去除率分別可達80%、60%、40%以上，後者氫氧化鈉改性的沸石對Pb2+、Cu2+的吸附能力大幅增加，且吸附速度很快，在短時間內可達到平衡。這主要是因為氫氧化鈉清除了沸石的內孔中的水分和雜質，改變內孔中吸附的金屬陽離子，從而擴大沸石的孔徑和比表麵積，改善沸石對重金屬離子的吸附能力。因此可以看出經改性後的沸石對重金屬離子的吸附量明顯提高。
3.殼聚糖 殼聚糖是一種可以直接從節肢動物如蝦、蟹和昆蟲等外殼及檸檬酸發酵的菌體的細胞壁中等多種原料中分離得到的天然堿性高分子多糖。分布十分廣泛，是地球上最豐富的天然高分子化合物之一。殼聚糖因其原料豐富、廉價、無毒無味、可生物降解、無二次汙染等優點，已逐漸被廣泛使用。因為殼聚糖分子內的羥基、氨基能與Pb2+、Cr2+、Cu2+等重金屬離子形成穩定的環狀螯合物，使其具有良好的吸附、螯合作用，因此殼聚糖可作為高性能的重金屬離子捕集劑。殼聚糖對Ag+、Zn2+、Pb2+、Co2+的配位能力隨殼聚糖用量的增加，配位時間的延長而增強。不同重金屬離子的配位能力因溶液pH值的不同而存在明顯差異。一般在酸性條件下，吸附容量隨著pH值的升高而增加。總之，重金屬離子的濃度、pH值、溫度、時間及配比等因素的變化均會影響殼聚糖對重金屬離子的吸附能力。