吸附法處理重金屬離子的研究進展[文檔資料]

吸附法處理重金屬離子的研究進展 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 O6 A 1009-914X（ 2014） 35-0323-01 如今，隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，重金屬廢水大量排放，重金屬的污染日益嚴重，且重金屬在自然條件下難于降解為無害物，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污染已成為人們共同關(guān)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(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆和染料等各種工業(yè)廢水。因此，如何科學實用有效地處理重金屬離子廢水已經(jīng)成為國內(nèi)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：化學沉淀法、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(chǎn)生二次污染，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(zhì)（包括煤、石油、瀝青等）經(jīng)炭化、活化等一系列工序制成的一種無定形炭，其擁有比表面積高、孔容大、孔徑分布可控、表面化學性質(zhì)可調(diào)、高吸附容量、穩(wěn)定的物理化學性質(zhì)和高機械強度等特點和性質(zhì)。因此被廣泛地用作重金屬離子的吸附劑?；钚蕴康奈叫阅苤饕善湮锢?、化學性質(zhì)共同決定?；钚蕴靠筛鶕?jù)重金屬離子物理化學性質(zhì)以及所處化學環(huán)境的不同，對活性炭的物理結(jié)構(gòu)和表面化學性質(zhì)進行有針對性的調(diào)控，以實現(xiàn)活性炭對工業(yè)廢水中重金屬離子的快速、高效吸附。活性炭是一種極優(yōu)良的吸附劑，在處理中重金屬廢水方面主要有以下四個優(yōu)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(wěn)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，防治再次污染水體，不存在二次污染問題。只是活性炭的價格比較貴，再生困難而且壽命短，所以限制了它的廣泛使用。 2.沸石 天然沸石，是以四面體立體結(jié)構(gòu)存在的鋁硅酸鹽，它的多孔結(jié)構(gòu)特征使其具有優(yōu)異的催化、離子交換和吸附性能，因而被廣泛應用于石油 化工、土壤改良、廢水處理等領(lǐng)域。其中斜發(fā)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(jié)果表明，當離子濃度和沸石一定時，溶液的 PH 值越大，越有 利于吸附；溶液溫度在 15 35 范圍內(nèi)，溫度越高，沸石的吸附容量越 大。除此之外，許多研究者還發(fā)現(xiàn)，沸石的選擇性與離子交換能力，取決于對沸石 的預處理方法。若將天然沸石經(jīng)過適當改性后，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(jié)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 5 m3/h，此時鋅、鉻 、 鎳的有效去除率分別可達 80%、 60%、 40%以上，后者氫氧化鈉改 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(nèi)可達到平衡。這主要是因 為氫氧化鈉清除了沸石的內(nèi)孔中的水分和雜質(zhì)，改 變內(nèi)孔中吸附的金屬陽離子，從而擴大沸石的孔徑 和比表面積，改善沸石對重金屬離子的吸附能力。 因此可以看出經(jīng)改性后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(jié)肢動物如蝦、蟹和昆蟲等外殼及檸檬酸發(fā) 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、無二次污染等優(yōu)點，已逐漸被廣泛使用。因為殼聚糖分子內(nèi)的羥基、氨基能與 Pb2+、Cr2+、 Cu2+ 等重金 屬離子形成穩(wěn)定的環(huán)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。 4. 粘土礦物 粘土礦物是一種優(yōu)良的天然吸附材料，其具有高比表面、高負電荷及高離子交換性能。在作為吸附材料的粘土礦物中，膨潤土是研究較多的一種。它是以蒙脫石為主要礦物成分。蒙脫石是由顆粒極細的含水鋁硅酸鹽構(gòu)成的層狀礦物，其單位晶胞系由硅氧四面體和鋁氧八面體按 21 組成的晶層，在晶層內(nèi)存在廣泛的同晶置換，使晶層中產(chǎn)生永久性負電荷，這樣層間可通過吸引并容納陽離子來 達到電荷平衡。獨特的結(jié)構(gòu)使得膨潤土具有優(yōu)良的離子交換和吸附性能。目前用改性膨潤土處理含重金屬離子的廢水是科研工作者研究的熱點之一。實驗表明：若對膨潤土進行加熱改性后處理廢水中的 Pb2+、 Cd2+ 和 Ni，當加熱溫度達到 400 時，處理效果最好，高于未改性的膨潤土。而且使用過的膨潤土污泥可作為制造水泥和磚的原料，從而達到循環(huán)利用的目的。又有研究表明利用改性膨潤土對 Cr6+進行吸附處理， pH 值為 6 時，去除率大于 95%。當高濃度時改性膨潤土甚至優(yōu)于活性碳。吸附機理分為表面絡合吸附和層間離子交換吸附，且以后者 占主導地位。由此可見，價格低廉的礦物材料，若能在工藝條件上加以改進，無疑可在重金屬離子處理中替代價格較貴的活性炭，發(fā)揮更大的作用。 5. 生物吸附劑 生物吸附劑是包括藻類、細菌、酵母、霉菌等在內(nèi)的生物體及其衍生物。因生物吸附劑是利用生物體體內(nèi)特有的化學成分和結(jié)構(gòu)特征來吸附重金屬離子，所以生物吸附法是一項處理重金屬離子廢水污染的新技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其具有以下優(yōu)點：（ 1）投資少，運行費用低，無二次污染；（ 2）處理效率高，且在低濃度下，金屬可以被選擇性地去除；（ 3） pH 值和溫度條件范圍寬（ 4090 ）；（ 4）可有效地回收一些重金屬。因此逐漸成為研究熱點。生物吸附劑因其細胞壁及細胞壁上的官能團和酶，可吸附廢水中的重金屬離子。若用啤酒酵母對水溶液中 Cd2+和Cu2+進行吸附，結(jié)果表明：當 Cu2+的濃度 50mg/L 時，啤酒酵母對 Cd2+不產(chǎn)生吸附，對 Cu2+產(chǎn)生專性吸附。若用多細胞藻海帶處理含 Cu2+、 Ni2+廢水，結(jié)果表明在適宜的條件下，海帶對 Cu2+、 Ni2+的去除率分別為 95.17%、 97.23%。若用兩種曲霉 A.sojaeM146 和 A.oryzaeM149 的菌體作為吸附劑對水中的 Pb2+、 Cd2+進行去除實驗，結(jié)果表明吸附的最佳 pH 為5.5，溫度為 30 ，時間為 1h。在最佳實驗條件下，A.sojaeM146 對 Pb2+和 Cd2+吸附率分別為 69.76%和 72.28%；A.oryzaeM149 對 Pb2+和 Cd2+吸附率分別為 60.64%和81.34%。對生物吸附劑進行化學改性以達到較好的吸附效果是許多研究者所追求的，例如用改性海帶作為吸附劑，研究了改性海帶對銅離子的吸附性能，結(jié)果表明：氫氧化鈉處理后的海帶對銅離子的吸附量達到 88.0mg/g，吸附量比改性前增加兩倍多。 展望：吸附法作為一種重 要的吸附重金屬離子的方法，其具有高效、簡便和選擇性好等優(yōu)點。但目前工業(yè)上使用的吸附劑普遍價格昂貴，因此開發(fā)廉價、 高效率、無污染、可再次利用的吸附劑將是重金屬離子吸附研究的主要方向。目前吸附劑可以通過物理、化學等方法對現(xiàn)有吸附劑進行改性，以增強吸附劑對重金屬離子的選擇吸附性；應加強對生物吸附劑的開發(fā)研究，生物吸附劑具有品種多、來源廣泛、價格便宜、操作簡單、吸