农林废弃物吸附废水中Cd2+的研究进展

孙桃

（徐州工业职业技术学院化工学院，江苏徐州 221140）

随着我国工业化进程的加快，人民生活水平逐步提高，工业废水的排放不当以及电子垃圾的随意丢弃造成的水体重金属污染越发严重[1-2]。含镉废水主要来自于含镉矿山的开采和冶炼、镉化合物生产企业排放、镍铬电池生产及电镀等。镉可以通过食物链在人体内蓄积，或直接作用于人体而引发急、慢性镉中毒，对人体有害。我国规定工业废水中镉的最高排放浓度为0.1 mg/L。目前，含镉废水的有效处理已迫在眉睫，研究开发高效、经济的含镉废水处理技术，具有重大的社会、经济和生态意义。

近年来，已有许多学者在探索利用农林废弃物作为吸附剂来处理镉污染废水。农林废弃物是指在农业、林业的生产或加工过程中淘汰的废弃物，是丰富的生物质资源，主要含有半纤维素、木质素、果胶等成分，价格低廉，却具有相对较好的吸附性能，作为吸附材料的原料倍受青睐。目前，利用农林废弃物处理含镉废水已经成为一种新型处理方法，国内外很多学者都对类似生物质吸附剂进行了研究，且研究主要集中在以下3个方面：（1）天然材料对废水中镉的吸附性能研究；（2）改性材料对废水中镉的吸附性能研究；（3）生物炭材料对废水中镉的吸附性能研究。

1 天然材料吸附剂

王丹等研究以天然核桃壳吸附废水中Cd2+，核桃壳富含木质素、没食子酸、鞣质、核桃醌等[3]，可以作为吸附剂处理含镉废水。其最大吸附量为12.5 mg/g，吸附过程对Freundlich方程和Langmuir方程的拟合效果都较好，吸附属自发吸热过程，较易发生。雷娟等[4]采用块状花生壳对Cd2+和Pb2+进行吸附特性研究，将花生壳冲洗干净后于烘箱中60 ℃烘干，剪成1 cm2左右的块状材料，在25 ℃pH为3～6条件下进行吸附，36 h达到平衡，块状花生壳对Cd2+的饱和吸附量为10.47 mg/g。Meisam Torab-Mostaedi等[5]对柚子皮吸附镉的动力学和热力学进行研究，发现柚皮对Cd2+的最大吸收量为42.09 mg/g；生物吸附过程的动力学符合准二级动力学模型；热力学参数描述了生物吸附的吸热性质，且该过程是自发进行的。在吸附Cd2+的过程中，天然材料吸附剂中阳离子和质子的释放揭示了吸附的主要机制是离子交换。红外光谱分析表明，羧基和羟基参与了金属离子的吸附。用0.1% HCl从柚子皮中回收Cd2+，回收率大于97%。同时，香蕉叶[6]、小麦秸秆[7]、米糠[8]、玉米棒子芯[9]、甘蔗渣[10-12]、樟子松锯屑[13]等多种农林废弃物都已经被研究用于处理含镉废水。

2 改性材料吸附剂

天然农林废弃物经物理化学方法改性后，可以对较高浓度重金属溶液具有很好的吸附性能，且改性操作简单、成本相对较低，是很好的研究方向。

吕一品等[14]以实验室酿酒后得到的柿子废渣为原料，通过化学改性增加其吸附效率，对溶液中Cd2+进行吸附研究。未改性的吸附剂对Cd2+的饱和吸附容量为25.00 mg/g，而经NaOH改性后的柿子废渣吸附剂对Cd2+的饱和吸附容量为46.54 mg/g，改良效果显著。邓华等[13]向木薯秸秆中添加巯基官能团进行化学改性，研究其对废水中Cd2+的吸附行为。研究发现，改性后的木薯秸秆吸附剂在pH为6～8的条件下于120 min内达到平衡，最大吸附量为72.09 mg/g。邵爱云[16]等利用（3-巯丙基）三甲氧基硅烷改性稻壳炭，分析改性前后稻壳炭吸附Cd2+的影响及解吸情况。改性后稻壳炭对Cd2+最大吸附量为14. 95 mg·g-1，未改性稻壳炭8. 50 mg·g-1，提高76%，解吸率下降23%～53%。解宇峰等[17]以高锰酸钾改性小麦秸秆制备吸附剂，吸附溶液中的Cd2+，发现0.05 mol/L高锰酸钾改性制备的吸附剂对Cd2+的吸附量最大，为30.21 mg/g，大于未改性小麦秸秆最佳吸附量5.7 mg/g。同时，解吸试验表明该吸附剂对Cd2+的吸附具有较好的稳定性。其余常用的改性剂、农林废弃物及改性后的吸附效果见表1。

3 生物炭吸附剂

目前，许多学者将农林废弃物制成生物炭或通过一定的方式将生物炭活化，然后对重金属污染废水进行吸附研究。生物炭是利用生物有机材料在无氧或者缺氧条件下，经过缓慢高温热解产生的一种含碳丰富的固体材料[31]，具有极强吸附性能，在重金属的吸附方面具有巨大潜力，是目前研究较多的生物吸附剂。

Luo等[32]在350 ℃热解温度下制备了玉米芯生物炭，并对其进行了丙烯腈改性，其对镉的吸附容量达到85.65 mg/g；吸附原理主要为离子置换和配合作用。仇祯等[33]用互花米草在450 ℃热解后制备的生物炭具有良好的镉吸附效应，该生物炭在15 min时可达吸附平衡，吸附量最大为20.576 mg/g；吸附机理主要是羟基、羧基等含氧官能团发挥作用，部分镉在生物炭表面发生表层吸附，且可能形成Cd2+复合体。邓潇等对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭，运用高锰酸钾进行改性，研究其对Cd2+的吸附效果。结果表明，改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd2+的去除率与未改性的生物炭相比分别提高了3.8倍和6.2倍，最大吸附量分别为68.97 mg/g和55.55 mg/g。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd2+后，可用NaOH溶液进行解吸，解吸4次后，对Cd2+仍有较好的吸附效果，吸附量分别为31.40 mg/g和24.10 mg/g。这说明，高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复用于去除溶液中Cd2+的吸附材料。

表1 农林废弃物吸附Cd2+常见改性试剂

4 结语

农林废弃物来源广泛、价格低，用于处理含镉废水具有明显优势，如选择吸附性强、吸附容量大、吸附速度快、阳离子干扰小等，是一种值得研究开发的新型生物质吸附剂。在今后的研究工作中，应寻找合适的农林废弃物运用物理或化学方法将其改性为合适的生物吸附剂，增加其吸附选择性，提升其吸附能力，同时也要加强对污染物的解析处理研究，尽快实现镉的无毒化处理及吸附剂的再生。