吸附法处理水中重金属的解吸附研究进展

兰 馨，郭帅庭，李 彬

(湖州师范学院 生命科学学院，浙江 湖州 313000)

工业化生产的兴起带来了一系列环境问题，尤其是水污染方面。重金属污染是造成水污染问题严重的原因之一。为了更好地保护自然环境，维护人类的生命健康不受影响，有效地处理重金属废水非常重要。而在使用较多的吸附法处理废水中，如何再利用吸附剂和回收重金属是进一步提高效率的重要问题，一直备受关注。

1 重金属废水的危害及其处理技术

1.1 重金属废水的危害

重金属废水对环境的危害性突出表现为：重金属污染具有较长时间的毒效，水体中的重金属离子可通过食物链作用进入人体，导致身体机能紊乱和多种疾病。重金属废水内部主要的污染源有[1]Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等重金属物质，这些重金属形态不同，对人和环境的影响也不尽相同。

1.2 重金属废水处理技术

1.2.1 化学沉淀法

化学沉淀法是通过化学剂使溶液中需要除去的可溶性物质转化为难溶性物质析出的方法，常见的有氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。氢氧化物沉淀法具有药剂获取方便且价格低廉，应用价值高和废水处理流程简单的特点[2]。硫化物沉淀法具有金属硫化物的溶解度小，应用范围广和有利于后续有用重金属的回收处理的特点，但是药剂价格高昂。

1.2.2 离子交换法

离子交换法是一种基于合成的离子交换剂作吸附剂，以吸附溶液中需要去除的离子的方法。离子交换法具有操作容易、对环境无二次污染、处理效果优良等优点[3]。该方法的缺点是，离子交换剂易氧化失效，性价比不高。

1.2.3 电化学法

电化学法[4]是应用电解的基本原理，通过重金属离子的迁移和电极反应除去废水中重金属离子的一种方法。电化学法[5]具有反应时间快、便于操作、废水处理成本低、不会对环境造成二次污染以及技术适用范围广的优点，因此被称为环境友好型废水处理技术。

1.2.4 吸附法

吸附法近年发展较快，吸附剂的选择是影响吸附法中吸附性能的关键因素，传统吸附剂主要包括活性炭、煤灰吸附剂、黏土类吸附剂粉和生物质基材料等。近年来新型吸附材料也层出不穷，例如壳聚糖及其衍生物[6]，壳聚糖树脂交联后可循环使用，能够理想地去除废水中重金属离子。吸附法优势明显，如价格低廉、操作容易、处理效果优良和污染程度小等，具有良好的应用前景。

从表1可以看出,PMOS管P1、P2的最小可检测电阻R1和R2均为1 GΩ,而NMOS管的开路电阻R3和R4无法被检测出来。由于新型的低电压8T SRAM中加入了专门的读通路,写入路径和读取路径不同,读取操作只打开其读字线,通过晶体管N7、N8进行读取数据,而不打开写字线,不能有效地得到出错的电阻值。因此,NMOS管的稳定性故障很难被检测出来。

2 重金属解吸附剂、解吸附条件及解吸附方法

2.1 解吸附剂类型

选择合理的解吸附剂能提高解吸附效率、增加吸附剂的重复使用次数和降低吸附方法的回收成本，同时还能有效防止吸附剂对环境的二次污染。

2.1.1 酸碱解吸附剂

常见的碱性解吸附剂有NaOH、Na2CO3和NaHCO3等。碱性解吸附剂解吸附原理是降低吸附剂表面的质子化程度，从而对重金属阴离子吸附力减弱得以解吸附。例如，碱性解吸附剂对Cr(Ⅵ)的解吸附具有优良的效果。主要原因是，在不同的酸碱性下[7]Cr(Ⅵ)的存在形式不同，酸碱性对吸附剂表面的质子化程度有一定的影响。

常用的酸性解吸附剂有以HCl、HNO3和H2SO4为代表的无机酸和以CA、HAc和H2C2O4为代表的有机酸。其解吸附机理[8]是依靠H+和重金属阳离子同时竞争结合位点，成功占据吸附剂表面基团，从而使重金属离子从吸附剂中成功解吸附。

2.1.2 盐解吸附剂

可溶性的盐酸盐和硝酸盐常被用作解吸附剂。盐解吸附剂主要依靠阳离子的交换作用解吸附重金属离子，解吸附比较效果明显。Sudha Bai,R.等[9]对固定化黑根霉的Cr(Ⅵ)生物吸附潜力及各种无毒解吸附剂的性能进行评估，结果显示NaHCO3和Na2CO3表现出良好的解吸附能力。

2.1.3 螯合解吸附剂

2.2 解吸附条件

2.2.1 pH值

pH值影响离子的存在形式，是重金属解吸附效果的重要影响因素之一。例如，陈潇君[12]对生物膜中的铅、镉进行解吸附，实验表明溶液pH值越高，生物膜解吸附铅、镉越慢。

2.2.2 时间

解吸附时间是影响解吸附的又一重要因素，也是研究动态机理的重要参数，对提高处理效率非常重要。一般情况下或刚开始情况下，解吸附率随着解吸附时间的增长而升高。陈永乐[13]对改性聚合物磁性微球的再生进行探究，实验表明，再生可以在10min之内完成，10min之后的再生效果趋于稳定。

2.2.3 温度

在热力学方面，大部分的解吸附是吸热过程，反应时温度升高会增强解吸附作用；在动力学方面，温度的升高能够增加吸附剂与吸附质之间的碰撞几率增加解吸附速度和解吸附程度。江长楠等[14]对桉树遗态Fe/C复合材料进行Cr(Ⅵ)的解吸附实验，发现动态解吸附量随着温度的升高不断增加。

2.3 解吸附方法

2.3.1 化学溶剂法

按溶剂分类，可分为无机溶剂和有机溶剂。无机溶剂有如H2SO4、HCl或NaOH等，作为解吸附剂与吸附剂上的吸附质反应，使之转换成易溶于水的物质，从而释放吸附位点，达到解吸附的效果。和彬彬[15]对吸附焦化废水饱和的活性炭进行解吸附实验，其中正戊烷、二氯甲烷及乙醚的解吸附效率均达到90%以上，SDBS水溶液作解吸附剂时活性炭的解吸附效率为61.54%，但该方法具有易造成环境污染缺点。

2.3.2 超声波法

超声波法[16]是在超声波作用的声压下液体中的微小气泡核产生振动，达到一定声压值时气泡通过迅速膨胀然后突然闭合造成的崩溃，瞬间放出局部的高温与高压冲击波，高温使H2O分裂为OH-，高压冲击波到达吸附剂表面。李静萍等[17]在有机改性凹凸棒黏土吸附剂的解吸附实验中使用超声波法，研究发现，解吸附的时间有效缩短，解吸附剂用量减少，解吸附速率明显加快，吸附剂的解吸附效果较好。

2.3.3 生物法

近些年，有很多学者以活性炭为载体，在活性炭表面繁衍微生物，使微生物在活性炭吸附水中被吸附质时，发挥其独有的生物降解功能。张婷婷等[18]研究表明，生物解吸附法对活性炭的表面性质影响甚微，但解吸附效果较好。

2.3.4 微波辐射法

微波辐射法可以快速提供吸附所需的温度。Ania等[19]对比了载苯酚活性炭的解吸附和孔隙结构变化在传统电子炉法和微波辐射法下的不同结果，证明了微波辐射法能改善和提高活性炭的孔隙结构和再吸附性能。

3 重金属解吸附的存在的问题及发展趋势

3.1 重金属解吸附存在的问题

目前解吸附方法较为单一，经传统的解吸附技术处理的吸附剂再吸附能力差，过程中易产生二次污染，而新型的解吸附方法则存在技术性难题，对机理的研究也不够清晰，无法进一步应用[20]。另外，解吸附剂种类贫乏，已知的解吸附剂会对部分吸附剂造成不可逆的伤害，影响吸附剂后续的循环利用。废水处理的吸附剂多为粉末和颗粒，解吸附难度大，解吸附后，回收的重金属离子也不易保存，吸附剂无论是直接排放、填埋还是焚烧都具有某些缺点。

3.2 重金属解吸附的发展趋势

重金属的解吸附方法及技术是吸附方法实施后的重要环节，对减少二次污染和降低成本具有重要意义。解吸附剂种类、解吸附方法和金属回收技术等研究是今后发展的重要方向，解吸附机理的深入研究也是进一步解决解吸附效率的重要方面。通过对解吸附方法的深入研究将对实现从吸附到解吸附一体化的污水处理过程具有重要作用，并为进一步工业化提供科学依据，从而实现污水处理无排放，循环利用和金属回收的目的。

4 结语

解吸附是针对吸附方法处理重金属废水的后续处理过程，是进一步降低成本，减少环境污染，产生循环经济的重要过程。其中，开发具有适用范围广泛、操作简便快捷和效率高的解吸附剂，对再生吸附剂并回收吸附剂中的重金属具有重要作用。解吸附剂主要分为酸，碱，盐和螯合剂等，解吸附过程受pH，时间和温度的影响，解吸附方法可以单一方法操作，也可多种方法形式结合应用。目前，很多解吸附方法仍处于实验室研究阶段，通过研究的不断深入，可以为工业和生活废水从处理到排放的过程提供一条可循环的技术路线，在实现环境保护的同时，节约资源，实现利益最大化。