基于新型吸附剂处理重金属废水的研究进展

周美香

（铜陵港华燃气有限公司，安徽 铜陵 244002）

自然界中存在一百多种化学元素，其中金属元素就占83%。在这些金属元素中，存在一些密度大于4.5 g/cm3的重金属元素，如果重金属元素进入生物体内，会给生物带来重大损害。还有一些金属更是对碳基生命有着致命的毒性，比如人们比较熟悉的砷元素。在工业生产和城市建设时，大量工业废料和建筑废料未经处理被随意排放到自然环境中，对土壤、空气、水体造成了严重的污染，这些污染中就包含了大量重金属污染，重金属元素融入水资源中，让水资源被污染，如果这些被污染的水资源被当作饮用水使用，重金属就会进入人体，对人体健康带来严重损害。近年来，我国因为重金属污染而引起的环境和健康问题已经逐步显现，因此我国高度重视重金属污染治理工作，下面就来简单介绍目前重金属污染治理方面取得的研究成果。

1 新型吸附剂的研究

1.1 碳基材料的吸附剂

目前，有一类新型吸附剂使用碳基材料，其采用物理吸附，通常使用活性炭、生物炭等具有较强吸附能力的碳基材料对水体中的重金属元素进行吸附。碳基类吸附材料的制备方法如下：选取植物的果壳或碎屑，将果壳、碎屑进行高温碳化处理，最终得到活性炭成品，活性炭主要呈颗粒状或粉末状，将活性炭改制成活性炭纤维也能提高吸附剂的吸附能力。

使用碳基类吸附剂对铬、镉、锌元素的吸附效果较好，通过植物果壳制备的活性炭能够满足净水用活性炭的A级标准。在对不同价态的金属元素进行吸附测试中，人们发现，其对毒性较高的六价铬的吸附量可以达到41 mg（1 g水体），对二甲镉的吸附量可以达到48 mg（1 g水体），对二价锌的吸附量为25 mg（1 g水体）。将活性炭改制成活性炭纤维后，其吸附效果有所提高，再对二价镉的吸附效果进行测试[1-2]。测试步骤如下：取2 L含有200 mg二价镉的试验用水，取活性炭纤维吸附剂2 L，吸附剂中的活性炭纤维含量为4 g，将活性炭纤维吸附剂加入试验用水中，在常温24～26℃下进行反应，对二价镉吸附后，活性炭的吸附量达到23 mg/g，因此证明活性炭纤维对二价镉有较高的吸附表现。

活性炭纤维的表面积较大，其中分布大量直径微小的孔洞，因此其对于水中重金属元素有较好的吸附性。目前，碳基材料吸附剂被广泛应用，人们也对活性炭的改性做出进一步研究。碳基材料吸附剂的吸附原理是物理吸附，不会发生化学反应，对温度的要求不高，但是随着吸附重金属数量的增加，其吸附能力会减少。其通过活性炭纤维对铅元素和镉元素进行吸附，活性炭纤维吸附到的二价铅和二价镉可以与活性炭纤维上的氧、氮等元素结合，进而达到对水中重金属的吸附作用。

1.2 含矿物质的吸附剂

含矿物质也可以作为新型吸附剂，如黏土、硅藻土、珍珠岩等，其对于重金属也有较好的吸附效果。研究发现，硅藻土对二价锌、二价镉、二价铅的吸附效果较好，其吸附平衡过程为5～8 min；增加硅藻土剂量，可以进一步提高水体中重金属的处理效果；提高温度，也能增强硅藻土吸附剂的吸附能力[3-5]。另外，含矿物质对二价镉的吸附效果要高于二价锌，因此其处理二价镉更适合。矿物吸附剂的最佳吸附效果为7～11 h，一旦大于11 h,其吸附效果会逐渐下降。

1.3 植物纤维类吸附剂

植物纤维可以制成新型吸附剂，合理利用植物茎秆、果壳等，可以达到吸附重金属的目的。人们可以对植物材料进行再加工，同时使用醚化、酯化等方法，对植物材料中的羟基加以活化，进而提升纤维素的吸附能力。植物材料的采集更为便捷，投入成本更低，有利于降低废水处理成本，因此人们可以将没有经济价值的植物茎秆、果壳等作为吸附材料，提高农作物的利用率。目前，植物纤维类吸附剂在重金属处理研究领域被广泛关注，其在重金属处理中应用较广。

研究发现，植物纤维素对二价铜的吸附效果较好，其吸附平衡时间为1 h。试验使用二价铜浓度为120 mg/L的水体，加入植物纤维素后，植物纤维素的吸附量为9 mg/g，其吸附二价铜的过程为45～55 min，并且植物纤维素的表面积较大，容易提取，因为是从植物中提取的，材料更容易降解，因此植物纤维素作为吸附材料可以作为吸附剂的发展方向[6-7]。

另外，人们可以提取木材中的木质素来吸附重金属，其产量较高，容易提取，对重金属的吸附效果较好，适合用作重金属吸附材料。与植物纤维素一样，木质素同样含有羟基，也含有甲氧基、羰基，这些有机官能团可以有效吸附重金属，通过化学改性处理，人们可以进一步提高木质素的吸附能力。研究发现，在木质素中引入胺基，可以延长吸附时间，提高对二价铅的吸附能力；将木质素进行硫酸盐改性处理，加大硫酸盐的投入量，可以有效提高木质素对六价铬的吸附效果，在同等试验水体和木质素剂量的基础上，加入2～4 g硫酸盐，等待1.5 h，对试验水体进行检测，结果表明，水体中六价铬含量为0.3 mg/L[9-10]。

1.4 生物类吸附剂

细菌、藻类等微生物都可以作为吸附重金属的材料，藻类也含有与植物相同纤维素，而细菌含有与植物纤维素相同分子结构的细菌纤维素。研究发现，藻类对二价镉的吸附效果较好，取二价镉含量为20 mg/L的试验水体，加入等量的藻类吸附剂，其对试验水体中二价镉的吸附率可以达到99%。在对重金属成分复杂的水体进行处理时，藻类吸附剂可以连续吸附，处理水体中的多数重金属。

人们可以使用菌类作为吸附材料，以有效吸附水体中的铜元素。相关研究表明，使用65～75 nm的细菌纤维素，对二价铜进行吸附，其吸附平衡的完成时间为1 h[8]。选取2 L的试验水体，水体中的二价铜含量为200 mg，加入细菌纤维素后，细菌纤维素的吸附容量为9 mg/g，其吸附反应的时间为45～55 min。因此,使用细菌纤维素作为吸附材料，可以有效保证重金属处理效果，并且细菌增殖速度快，细菌纤维素容易提取，因为其生物特点，不会造成重复污染，它是理想的新型重金属吸附剂。

2 新型吸附剂处理重金属废水的研究情况

2.1 处理水体中铅含量超标的方法

铅是对人体危害较大的重金属元素，铅中毒会影响人体神经中枢，对视力、智力、运动神经均有重大的危害，还会影响下一代的发育。因此，人们需要重视对铅废水的处理工作，降低水体中的铅含量。研究发现，使用生物类吸附剂，可以有效吸附水体中的铅元素，在23～26℃温度下，在铅废水中添加菌类吸附剂，处理时长为0.5 h，处理后的水体中，铅含量明显降低，处理量占初始含量的85%[11]。

2.2 处理水体中镉含量超标的方法

镉也是重金属元素之一，对人体健康有较大的危害，镉元素如果大量进入人体，会降低人体内的钙含量，并且镉会促进人体雌激素的异常分泌，进而影响人体健康。同时，镉的摄入会降低人体的免疫能力，影响免疫细胞的增殖，进而破坏人体的免疫系统。研究发现，植物纤维类吸附剂可以有效吸附镉元素。通常，镉污染来源于工业生产，如电镀废水。相关试验表明，提取镉废水，镉含量为45 mg/L，使用含有植物纤维素的吸附剂，将其加入镉废水中，其植物纤维素吸附剂的加入量为15 g/L，保证水体pH在7.5，充分搅拌镉废水，放置1.5 h后，对水体进行镉含量检测，水体铬含量减少98.5%。

另外，人们可以使用含矿物质的吸附剂来处理镉废水。试验发现，提取镉废水，镉含量为55 mg/L，保证水体pH在6.5左右，在水体中加入硅藻泥含量为50 g/L的吸附剂，保证水体温度为24～26℃，对水体进行充分搅拌，放置1～2 h，然后对水体进行镉含量检测，结果表明，水体中镉含量比初始含量降低98.61%。因此，新型吸附剂可以提高镉废水的处理能力，具有较大的应用价值。

2.3 处理水体中铬含量超标的方法

六价铬的毒性较强，因此铬污染对生物和环境的危害极为严重。六价铬会对皮肤造成过敏反应，并且会破坏遗传基因链，严重时会让人体产生癌症。六价铬也对水生生物有着较强的致死能力，破坏生态环境，会给国家造成重大的经济损失。铬废水试验结果表明，碳基材料的吸附剂和木质素吸附剂均对六价铬有着较好的吸附效果，选取铬含量为60 mg/L的铬废水，调整铬废水的pH值，让铬废水呈酸性，在铬废水中添加木质素吸附剂，吸附剂的添加量为45 g/L，保证水体温度24～26℃，最终水体中的六价铬去除率为91%。

人们也可以使用碳基材料的吸附剂对铬废水进行测试，控制铬废水的pH值，让铬废水呈酸性，选取活性炭吸附剂，吸附剂的用量为50 g/L，因为活性炭吸附剂对温度没有要求，因此对水体温度没有过高要求，对铬废水进行搅拌，放置1～2 h，通过检测仪对水体进行检测，结果发现水体中六价铬的吸附率为94%。因为碳基材料制备方便，原材料价格低廉，因此其在我国重金属废水处理中被大量应用。

3 结语

吸附法是处理重金属废水的有效途径之一，其具有显著的处理效果。当前，人们要积极研发新型吸附剂，不断增强吸附剂的吸附能力，提高重金属废水处理效果，以减少重金属污染，保护生态环境，实现人与自然和谐发展。