吸附法处理重金属废水污染的研究进展

邵德毅

(枣庄市第八中学，山东 枣庄 277000)

重金属通常指密度大于5.0 g/cm3的非放射性元素金属，所有重金属超过一定浓度接触人体都有害，尤其是铅、镉、汞、铬、砷这五种元素即便是长期低水平接触都会产生痛痛病、乌脚病及水俣病等严重的重金属疾病。但是支撑社会发展的化工、农药，冶金等行业在现阶段依然会不可避免的产生重金属废水，如果不能有效处理，就会造成对环境介质的污染。在众多废水处理方法中吸附法由于操作简单、净化作用明显、成本低，是最容易普及和实施的一种水处理技术，有非常大的应用前景。

“十二五”期间，我国实施了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，并超额完成重点区域重点重金属污染物排放总量比2007年减少15%的目标。近期国家生态环境部进一步印发了《关于加强涉重金属行业污染防控的意见》，加强各行业对重金属废水处理的监控，同时也呼吁人们大力开展重金属污染治理技术的研究工作。本文通过介绍吸附法处理多种重要重金属离子的研究现状，以期为此后相关的研究提供参考。

1 处理含铅废水

铅在环境中很难降解，且对人体具有很强的毒性。即便在很低的浓度下铅的存在也会影响大脑和神经系统，导致头痛、死亡等中毒反应，尤其是儿童发生铅中毒的概率是成人的30倍以上。

林蕊等[1]尝试将纳米 Fe3O4粒子与气单胞菌进行负载，在保持Fe3O4优良的磁响应性、生物相容性的基础上解决其表面配位不足等问题，得到具有更高去除效率的新型吸附剂，在30 mg/L铅离子浓度下，投加0.5 g/L的吸附剂，保持溶液pH值=4的条件下反应60 min，可使得对铅离子的吸附效率达到89.93%。

王科杰等[2]采用D201树脂吸附处理鞣酸铅废水，对其中铅离子的处理效率达到98.2%。伊元荣等[3]研究了粉煤灰对含铅废水的吸附作用，通过实验分析得出，吸附时间为90 min，温度为50 ℃，pH值=6，投灰量为5 g，铅离子浓度为30 mg/L时吸附效果最好可达到98.5%～99.0%。吴意育等[4]以花生壳为造孔剂，结合陶瓷废料制得的多孔陶瓷对废水中的铅离子具有一定的吸附作用，实验表明当花生壳添加量为10%，废陶∶废瓷质量比为5∶5，在900 ℃下烧结，制得粒径为40～80目的多孔陶瓷，对废水中铅离子的去除率达到99.35%。

2 处理含镉废水

镉化合物通常通过呼吸道进入并积存在人体中，对肾脏容易造成严重的损害，同时还会造成骨质软化，疏松。

马俊英等[5]采用盐酸对膨润土进行活化改性制得酸改性膨润土，并研究了其对废水中镉离子的吸附性能。实验结果表明，经过盐酸改性后的膨润土对镉离子的吸附作用提升了14%，当pH值=8，镉离子含量为20 mg/L，反应时间为30 min时，吸附效率为89.06%。李振等[6]研究了氢氧化镁改性硅藻土作为吸附剂对镉离子的吸附作用，研究表明在25 ℃，pH值=6，底物浓度为100 mg/L，吸附剂用量为0.1g，吸附时间为2 h时，经氢氧化镁改性后的硅藻土对镉离子的吸附率达到了90.2%，比原土提高了78.3%，具有十分优异的吸附效果。

陈春林[7]研究了脱灰煤基活性炭对含镉废水的吸附作用，结果表明当活性炭用量为0.2 g，pH值=5.5，平均吸附时间为3 d时，脱灰煤基活性炭可以有效降低废水中镉离子浓度，温度越高，吸附能力越强，废水浓度越高，吸附能力越强，具有一定的实用价值。

陈波利[8]用红背桂叶提取的纳米氧化铁来处理含镉废水，发现在300 ℃下处理的纳米氧化铁吸附性最好，对镉离子最大吸附量达到15.18 mg/g，最佳吸附条件为pH值=8.07，投加量为2.5 g/L，温度为45 ℃，离子浓度为0.07 mol/L，在此条件下对镉离子的去除率高达98.5%。此种方法绿色无污染，且离子去除率高，具有很高的实用价值。

仇欢等[9]研究了不同钠基、钙基、高胶质钙基膨润土对含镉废水的吸附性能，并对吸附结果进行了准二级动力学的拟合，研究结果表明在综合考虑吸附剂用量、吸附时间，吸附效率的前提下，钙基膨润土对含镉废水具有最佳的吸附效果，最佳吸附条件为吸附剂用量2 g/L，吸附时间30 min，对于镉离子的吸附效率为92.03%，拟合结果表明膨润土对镉离子的吸附过程以化学吸附为主。

3 处理含汞废水

汞在人体内积累容易破坏中枢神经系统，造成水俣病。

谢子楠等[10]以电解锰渣、造孔剂碳粉、粘结剂高岭土为原料，通过预处理混料结合焙烧的方法制得多孔材料，并将其用于对废水中汞离子的吸附处理，实验结果表明烧结温度为1020 ℃，保温时间60 min，造孔剂碳粉用量在20%制得的锰渣多孔材料对汞离子吸附性能最好，达到了56.6%。

李彦等[11]将蒙脱土与碳酸钠、硫化钠混合后烘干，制备了蒙脱土基复合除汞剂，研究表明蒙脱土吸附硫离子后可以形成新型稳定的蒙脱土基复合除汞剂，当水中汞离子浓度低于600 mg/L时，复合除汞剂可以有效的将汞离子降到0.05 mg/L以下。

付住枝等[12]人申请了一种含汞废水的高效处理方法，将苯二胺、半胱氨酸，在过硫酸铵引发剂的作用下制得聚合物量子点，采用壳聚糖的醋酸溶液加入聚乙二醇，得壳聚糖凝胶，然后将聚合物量子点、壳聚糖溶胶、活性污泥、三乙胺、乙二醛及四氧化三铁按一定工艺制备成复合吸附剂，该吸附剂对含汞质量浓度小于等于0.2 mg/L的废水进行处理后，脱汞率高达99.9%。该复合吸附剂成本低，无毒，对环境友好，具有很高的应用价值。

4 处理含铬废水

人体接触铬化合物会造成皮肤溃疡、鼻炎、肝功能衰竭等病变，严重时会导致死亡。

吕喜凤等[13]采用高锰酸钾溶液对农业废弃棉秆进行改性，并将其用于含铬废水的吸附处理，结果表明，将棉秆至于浓度为0.015 mol/L高锰酸钾溶液中改性4 h后，当废液pH值=1，棉秆用量为0.3 g，吸附温度为45 ℃，吸附时间为60 min时，废水中铬离子的去除率可达99.9%，较未改性的棉秆提高了26.3%，这种处理方法操作简单，适用于低浓度废水的处理。

徐洁等[14]将粉煤灰与C3N4混合后研磨处理，结合粉煤灰多孔易吸附和C3N4具有光催化的优势，得到二者的复合材料，有效提高了粉煤灰对铬离子的吸附能力。结果表明当采用粉煤灰：C3N4配比为95∶5的复合材料，在投加量40 g/L，pH值=2，吸附时间为40 min的条件下，铬离子的去除率可达89.2%，相比单一的粉煤灰去除率提高了3.1%。

付宏渊等[15]以柚子皮为主要原料，通过调节柚子皮粉与氯化铁的质量比进行改性，将两者混合后烘干，用于吸附废水中的Cr6+，研究结果发现改性后的柚子皮对水中铬离子的吸附效率由纯柚子皮的36.1%提高到了94.45%，使废水达到GB8978-2002中的污水排放标准。

李喜林等[16]以粉煤灰为原料，利用碱熔-水热法合成了沸石并以此作为吸附剂对含铬废水进行了吸附试验及相关机理研究。实验结果表明，粉煤灰合成的沸石对初始质量浓度100 mg/L，pH值=9.07的含Cr3+废水，在投加量为15 g，pH值=6～10，吸附时间为60 min时，处理效果最佳，去除率可达99.62%。

5 处理含砷废水

单质砷无毒性，但是砷的化合物均具有毒性。并且砷化合物对于皮肤，神经系统，心血管系统，呼吸系统，生殖系统，血液系统都具有严重的破环作用，导致癌症的发生。

活性炭化学性质稳定，孔隙结构丰富，比表面积大，并且在孔隙表面还含有大量的羧基、羟基官能团，因此对于砷离子具有很好的吸附作用，曹秉帝等[17]将活性炭浸泡在氯化铁溶液中经过滤低温干燥后得到改性后的活性炭，发现铁的改性可以显著提高活性炭的脱砷效果，采用浓度为0.1 mol/L的氯化铁改性的活性炭材料在pH值=7时，对砷的吸附容量达到5.12 mg/g。

钟松雄等[18]采用冷冻干燥法制备了水铁矿、针铁矿和赤铁矿三种材料，并研究了3种铁矿物对土壤溶液砷浓度的影响，结果表明三种矿物均可以有效降低土壤溶液中砷的浓度，当添加量为2%时，砷浓度分别降低了62.55%、61.36%和55.16%。

二氧化钛具有比表面积大，活性高，稳定性好的特点，不仅可以作为吸附剂，同时作为光学催化剂在光照和溶解氧的作用下还可以将三价砷氧化成五价砷，王文凯等[19]提出了用二氧化钛颗粒填充滤柱对酸性废水中的高浓度砷进行吸附去除，结果显示，经过3个连续串联的二氧化钛滤柱后，原水中高达2.5 g/L的三价砷可降至国家工业废水排放标准(<0.5 mg/L)以下，而使用后的二氧化钛颗粒可以用硫酸和氢氧化钠进行反洗再生，经再生后的颗粒可以实现对砷的再吸附，因此可以重复利用，同时还能实现砷的回收，在保护环境的同时还可以产生经济效益。

邓琼鸽等[20]采用铁粉和活性炭为原料，加入一定量的粘合剂制备出铁炭复合材料，并采用二氧化铈对其进行掺杂改性，发现在铁炭质量比1∶1，二氧化铈掺杂量在3%，烧结温度在600 ℃时制得的稀土掺杂铁炭复合材料对于三价砷浓度为10 mg/L的废水除砷率高达93.39%。经过动力学计算表明，这种材料对于砷的吸附出了表面吸附作用外，还结合有颗粒内扩散或者外部液膜扩散等其他吸附方式。

6 总结

近几年在吸附法处理重金属废水方面取得了很多进展，除了采用传统的沸石、活性炭、锰铁矿、黏土矿物等天然吸附材料之外，还出现了很多基于这些天然吸附材料改性的材料，甚至还有很多人工合成材料，这些新材料和新工艺大大提高了废水中重金属元素的吸附率，经处理后的废水也基本都能达到国家排放标准，我们有理由相信在国家各部委的指导下，结合吸附法处理重金属废水的优势和近年来的快速发展，重金属废水处理一定会在不久的将来深入人心并落实到每一个企业和单位，还地球一个美好的绿水蓝天！